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THERMONUCLÉAIRE ÉNERGIE

La fusion par confinement inertiel

La découverte du pompage optique par Alfred Kastler et Jean Brossel en 1950 suivie de celle du laser par Theodore H. Maiman, Arthur L. Schawlow et Charles H. Townes en 1960 donnèrent naissance à la fusion par confinement inertiel. Bien qu'ayant débuté une dizaine d'années après le confinement magnétique, cette approche, utilisant un plasma très dense confiné pendant un temps bref, atteint aujourd'hui des performances telles qu'elle est considérée comme une seconde voie possible de la fusion thermonucléaire contrôlée.

Principe de la fusion par confinement inertiel

Sphère de deutérium-tritium - crédits : Encyclopædia Universalis France

Sphère de deutérium-tritium

Encyclopædia Universalis France

Le rayonnement du laser éclaire uniformément une très petite sphère de l'ordre du milligramme d'un mélange équimolaire de deutérium et de tritium (DT) à l'état solide (fig. 9). Il en résulte une ablation progressive de la périphérie de la sphère et la formation d'une couronne de plasma qui absorbe le rayonnement jusqu'à sa densité de coupure, densité pour laquelle pulsation du rayonnement laser et pulsation électronique du plasma sont égales. Cette couronne se détend vers l'extérieur et exerce, par réaction, une poussée centripète qui comprime et chauffe la partie centrale dense de la sphère de DT, qui n'a pas été atteinte par le laser et qu'on appelle « cœur ».

Soumis à cette poussée centripète ou « implosion », le cœur est comprimé jusqu'à des densités de mille à dix mille fois celle du DT solide et porté à des températures de l'ordre de 10 kiloélectronvolts, densités et températures qui donnent lieu à un grand nombre de réactions de fusion des noyaux de deutérium et de tritium (ou deutons et tritons) : le cœur s'enflamme et « brûle » pendant un laps de temps bref voisin de 100 picosecondes (ps), sa cohésion étant maintenue par inertie, puis explose sous l'effet de l'énergie thermonucléaire libérée. D'où le nom de fusion par confinement inertiel donné à cette seconde voie d'approche d'un futur réacteur à fusion.

Sphère de deutérium-tritium et faisceaux laser - crédits : Encyclopædia Universalis France

Sphère de deutérium-tritium et faisceaux laser

Encyclopædia Universalis France

Pour qu'une telle voie aboutisse, il faut, d'une part, libérer plus d'énergie (fig. 10) que celle qui est fournie pour enflammer le DT et, d'autre part, que les transformations successives d'énergie conduisent à un bilan positif, avec les conditions et les limites suivantes :

– fraction fE de l'énergie électrique produite EE qui alimente le laser ne devant pas dépasser environ le quart pour que l'exploitation du réacteur à fusion soit rentable ;

– énergie laser EL fournie avec un rendement ηL qui pourrait avoisiner les 10 p. 100 avec les données technologiques actuelles ;

– gain G de la cible en DT, rapport de l'énergie de fusion libérée EF et de l'énergie laser EL nécessaire à son implosion ;

– production d'électricité à partir de l'énergie de fusion EF, se retrouvant sous forme de chaleur, au moyen de turbo-générateurs avec un rendement ηT au mieux de 40 p. 100.

Le bilan de la boucle d'énergie de la figure 10 s'écrit :

soit la nécessité d'un gain G de 100 et plus pour les valeurs de fE, ηL et ηT indiquées ci-dessus.

Parvenir à un gain de 100 en irradiant directement une petite sphère de DT apparaît difficile (cf. supra, la réaction nucléaire 21D + 31T, in La fusion thermonucléaire : la maîtrise de la fusion sur Terre). En effet, l'énergie spécifique εF libérée par la fusion des deutons et tritons dans l'hypothèse d'une combustion totale est de :

L'énergie interne spécifique εI nécessaire pour porter le DT à l'état de plasma à la température T, prise par exemple égale à 10 kiloélectronvolts, est de :
avec k, la constante de Boltzmann, et —m, la masse moyenne des deutons et tritons. Leur rapport εF/ε1 de 280 pour la température choisie donne l'ordre[...]

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Pour citer cet article

Robert DAUTRAY, Pascal GARIN, Michel GRÉGOIRE, Guy LAVAL, Jean-Paul WATTEAU et Joseph WEISSE. THERMONUCLÉAIRE ÉNERGIE [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Nucléon : énergie de liaison - crédits : Encyclopædia Universalis France

Nucléon : énergie de liaison

Encyclopædia Universalis France

Fusion : réactions nucléaires - crédits : Encyclopædia Universalis France

Fusion : réactions nucléaires

Encyclopædia Universalis France

Réacteur de fusion deutérium-tritium - crédits : Encyclopædia Universalis France

Réacteur de fusion deutérium-tritium

Encyclopædia Universalis France

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Autres références

  • ÉNERGIE - La notion

    • Écrit par Julien BOK
    • 7 543 mots
    • 4 médias
    ...Ainsi deux types de réactions nucléaires peuvent libérer de l'énergie : la fission de noyaux lourds (A > 200) en noyaux plus légers ou la fusion de noyaux légers (A = 1 par exemple) en noyaux plus lourds. Ce sont ces deux réactions qui sont utilisées pratiquement : la fission de l'...

  • ÉTOILES

    • Écrit par André BOISCHOT, Jean-Pierre CHIÈZE
    • 13 456 mots
    • 8 médias
    ...énergie, suivant la loi d'Einstein W = mc2, mais le processus de cette transformation était ignoré. C'est Hans Bethe qui montra, en 1939, que la source principale d'énergie, pour la majorité des étoiles, était due à la réaction transformant quatre atomes d'hydrogène en un atome...

  • GRAVITATION ET ASTROPHYSIQUE

    • Écrit par Brandon CARTER
    • 8 922 mots
    • 3 médias
    ...d'énergie, non seulement dans le Soleil, mais dans toutes les étoiles de la séquence principale, est fournie par la conversion de l'hydrogène en hélium par combustion thermonucléaire ; cette réaction s'effectue à la cadence requise pour avoir une température centrale située dans la gamme déduite de l'équation...

  • MATIÈRE (physique) - Plasmas

    • Écrit par Patrick MORA
    • 7 620 mots
    • 4 médias
    ...hydrogène, ou bombes H, ou bombes thermonucléaires, premier exemple de réalisation sur Terre (en 1951) de réactions de fusion pour produire de l'énergie. L'utilisation des réactions de fusion à des fins civiles, comme source quasi inépuisable d'énergie, est à l'origine de l'intensification ultérieure des...
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Voir aussi

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