3 - La fusion
Présentation
• Qu'est-ce que la fusion ?
La fusion nucléaire est un processus où deux noyaux légers s'assemblent pour former un noyau plus lourd.
• Quelles sont les conditions nécessaires à la fusion ?
La fusion nécessite des pressions et des températures extrêmement élevées car il est nécessaire vaincre la répulsion due aux charges positives des noyaux. Dans ces conditions la matière est un gaz ionisé. On parle d'un état particulier de la matière : l'état plasma.
• Aspect énergétique
L'énergie libérée lors d'une réaction nucléaire de fusion est énorme (comparée à réaction chimique) :
- la combustion du carbone suivant la réaction chimique C + O2 
CO2 peut libérer 4 eV,
- la fusion de l'hydrogène suivant la réaction nucléaire 2H + 3H 4He + 1n peut libérer 17,6×106 eV.
La fusion dans les étoiles
Le soleil : siège de nombreuses réactions de fusion
• Naissance d'une étoile
Une étoile naît de la contraction d’un nuage riche en hydrogène.
Sous l’effet de la contraction, le cœur de l’étoile atteint des valeurs de pression et de température extrêmes, qui permettent le démarrage des réactions de fusion. L'énergie dégagée par ces réactions compense alors la contraction.
• Vie de l'étoile
La première réaction de fusion permet la formation d'un noyau d'hélium 4 à partir de quatre noyaux d'hydrogène 1.
Lorsque la concentration en hélium atteint un certain seuil, la pression radiative diminue et l'étoile se contracte ce qui a pour effet d'augmenter la pression et la température. De nouvelles réactions de fusion sont possibles. On observe ainsi la fusion de deux noyaux d'hélium 4 en un noyaux de béryllium 8. Puis la fusion de deux noyaux d'hélium 4 et d'un noyau de béryllium 8 pour former un noyau de carbone 12...
• Mort de l'étoile
Le mécanisme s'arrête quand le combustible manque.
La fusion contrôlée
Plusieurs équipes internationales de chercheurs travaillent actuellement à essayer de reproduire sur terre les conditions de la fusion, c'est à dire l'état plasma. Deux principales méthodes sont en concurrence : la fusion par confinement magnétique et la fusion par confinement inertiel.
Quelque soit la méthode, l'espoir est de produire de l'énergie à partir d'une source de matière quasiment inépuisable comme l'hydrogène tout en réduisant notablement les déchets radioactifs par rapport aux méthodes actuelles basées sur la fission.
Le projet ITER
• Fusion par confinement magnétique : le projet ITER
Le projet ITER
Le mélange gazeux d'isotopes de l'hydrogène est confiné à l'aide d'un champ magnétique torique.
La réaction qui se produit est la suivante :
Les difficultés rencontrées par les chercheurs sont nombreuses :
- la haute température (il nécessaire de refroidir le contour de la zone confinée),
- la haute pression,
- le confinement qui nécessite des champs magnétiques intenses,
- la gestion des neutrons produits par la réaction qui ont une forte énergie et peuvent réagir avec les parois de la zone confinée et induire des réactions nucléaires non désirées productrice de noyaux radioactifs...
L'aboutissement de ce projet n'est pas attendu avant 30 ans.
• Fusion par confinement inertiel : le projet de laser Mégajoule
Ce projet prévoit que 240 faisceaux laser convergent vers une même zone de quelques millimètres où serait placée une capsule contenant différents isotopes de l'hydrogène à l'état gazeux.
L'énergie transférée par les lasers devrait permettre d'attendre l'état plasma et de confiner les particules afin d'initier la fusion.