B/ Avantages par rapport a la fission
La fission nucléaire est une réaction nucléaire provoquée, pendant laquelle un noyau lourd fissible donne naissance à deux noyaux plus légers. On exploite dans les centrales nucléaires l’uranium 235, noyau fissible composé de 92 protons et 143 neutrons. La capture d’un neutron par ce noyau donne lieu à la formation de deux noyaux produits, qui varient régulièrement (on ne sait avec exactitude quels noyaux seront produits), mais généralement composés d’un noyau plus lourd que l’autre en suivant les lois de conservation des nombres de nucléons et de protons. Ainsi, on peut prendre pour exemple la réaction d’équation suivante :
23592U + 10n → 14054Xe + 9438Sr + 2 x 10n
On a alors formation d’un noyau de Xénon 140, un noyau de Strontium 94 et de deux neutrons. Cependant, étant donné le grand nombre de nucléons des réactifs (144), et puisqu’ils sont conservés lors de la réaction, d’après le diagramme de Segré (voir précédemment), les noyaux produits auront un excès de neutrons pour être stables, et vont donc effectuer des successions de désintégrations radioactives de type Beta -.
Un autre problème est soulevé par la fission nucléaire : la réaction en chaîne. En effet, dans la plupart des réactions de fission, on a formation de deux neutrons en produit. Par exemple, pour reprendre l’exemple précédent, 23592U + 10n → 14054Xe + 9438Sr + 2 x 10n deux neutrons sont formés lors de la production de Xénon 140 et de Strontium 94. Ces deux neutrons vont être, à leur tour, capables d’enclencher de nouvelles réactions de fission.
Il existe des dispositifs appelés barres de contrôle, qui, plongées dans le réacteur, absorbent un grand nombre des neutrons émis pour éviter un emballement de la réaction. Cependant, si ces barres présentent un dysfonctionnement, ou si elles ne peuvent être contrôlées avec précision, comme à Tchernobyl, la réaction peut devenir incontrôlable et il peut ainsi devenir impossible de la stopper. La seule solution est donc d’attendre la consommation totale du combustible ce qui, en cas d’accident nucléaire, si l’enceinte de confinement est ouverte, va rejeter en continu des radio-isotopes, et ne peut être acceptable d’un point de vue sanitaire.
Depuis Tchernobyl, ces événements (les incidents ou accidents nucléaires) sont classés selon l’échelle internationale des événements nucléaires (INES pour International Nuclear Event Scale).
Elle sert à mesurer la gravité d’un accident nucléaire et comporte huit niveaux (de 0 à 7). Compte tenu du niveau de rejet de radioéléments dans l’environnement, les deux accidents de Tchernobyl et Fukushima ont été placées au niveau maximal (niveau 7) correspondant à un accident grave avec un effet étendu sur la santé et l’environnement hors du site. Au niveau biologique, elle présente un intérêt dans la mesure où elle permet d'informer la population, et d'estimer les conséquences sanitaires sur les populations. Ainsi, après Tchernobyl, on a repéré des nombreux cas d'arrêt cardiaque, ou encore des mutations morphologiques importantes dans l'organisme.
Les combustibles de la filière thermonucléaire D-T sont donc l’hydrogène lourd et le li- thium, ces éléments se trouvent en abondance dans l’eau de mer ; cette abondance permet d’envisager des réserves disponibles sur des échelles de temps de l’ordre de milliers d’années, qui plus est répartis sur l’ensemble du globe. Le deutérium est très abondant (33 mg par litre d’eau) et peu coûteux à isoler. Le lithium, le plus léger des métaux, existe en grande quantité dans l’écorce terrestre. Ces deux isotopes sont d’abondance inégale : 7Li (93 %) et 6Li (7 %). Pour produire 80 GJ d’énergie de fusion avec un rendement de 30 %, il faut 1.1 mg de lithium et 0.32 mg de deutérium. Ainsi, on estime qu’un kg de lithium (et le deutérium nécessaire) permet de produire 4×1013 J ; pour satisfaire une demande équivalente à celle de la France (8 exajoules/an), 200 tonnes/an seraient nécessaires. Les réserves estimées à partir des mines de lithium, sur la base d’une consommation actuelle d’énergie, seraient de l’ordre de 1 500 ans. Ce temps serait très largement augmenté si l’on prend en compte le lithium contenu dans l’eau de mer (0.17mg par litre d’eau). La fusion présente des avantages de sûreté intrinsèques : - il n’y a pas de risques d’emballement ; - pas de criticité ; - peu de combustible en jeu ; - tout dysfonctionnement arrête rapidement le processus ; - pas de risque de prolifération (pas de produits de réactions fissiles permettant la fabrication d’armes). Cependant le tritium nécessite un contrôle et un inventaire rigoureux à un niveau de quelques kg de tritium par réacteur, mais il serait produit sur place dans le réacteur, donc, - aucun risques liés au transport. Son principal inconvénient est sa grande mobilité, d’où la nécessité de traitement spécial pour éviter sa diffusion dans les matériaux, et la possibilité de contamination rapide par remplacement de l’hydrogène dans les matières organiques en cas de fuite, il est cependant peu radiotoxique et vite éliminé. Un réacteur à fusion de produit pas d’émissions de gaz : pas d’émission de CO2 pas de rejet de SO2 (responsable des pluies acides) et de NO. La fusion présente cependant des inconvénients : c’est une réaction difficile à allumer et une combustion difficile à entretenir, nécessitant de très hautes températures et un vide poussé, donc une tech- nologie complexe et coûteuse en investissement. Le milieu réactif est également très com- plexe et les phénomènes physiques à comprendre et maîtriser dans le plasma sont nombreux. La phase de recherche et de développement sera très probablement encore longue (30/40 ans) même si les progrès accomplis ont été considérables.La fission nucléaire, seule technologie de production d’énergie nucléaire utilisée actuellement, car la seule que l’on parvient à maîtriser, peut parfois provoquer des catastrophes nucléaires pendant lesquelles de fortes doses de radio-isotopes sont libérées. Plusieurs crises comme notamment celles de Tchernobyl (1986) ou plus récemment celle de Fukushima Daiichi au Japon (2011), qui ont causé des libérations de particules radioactives dans la biosphère, mettent en lumière les faiblesses d’une telle installation. On peut ainsi se demander en quoi la fission peut provoquer des risques environnementaux et sociaux dus à la radioactivité, pour pouvoir ensuite déterminer si la fusion nucléaire constitue un progrès en la matière.
La fusion présente de nombreux avantages par rapport à la technologie nucléaire de production d'énergie telle que nous la connaissons aujourd'hui, l'un de ses avantes étant l'aspect sécurité de la fusion par rapport à la fission.