La fusion nucléaire à l’horizon 2040 : mythe ou réalité ?

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La fusion nucléaire à l’horizon 2040 : mythe ou réalité ?

8 mois d’enquête au cœur du nucléaire européen

 

Depuis l’accident de Fukushima – Daiichi en 2011, les Français plébiscitent de moins en moins le nucléaire civil et certains pays comme l’Allemagne et le Japon ont amorcé la sortie du nucléaire et ont fermé une grande partie de leurs centrales. Certains mettent en avant les risque écologiques, les déchets nucléaires, la dépendance vis-à-vis des importations d’uranium ou encore la sécurité des installations. L’heure est désormais au développement des énergies renouvelables telles le solaire, l’éolien, l’hydraulique, la géothermie, les énergies marines ou encore la biomasse.

 

La France est à un moment clé : elle devra choisir dès 2017 sa politique énergétique pour les 30 prochaines années et décider de l’avenir du nucléaire.

 

Tout le monde s’accorde à dire qu’il faut développer les énergies renouvelables dans le cadre de la Transition Énergétique. Le consensus règne sur le fait qu’avoir un mix énergétique composé de 100 % de renouvelables est une illusion (cf. cet article du Monde, version complète ici) tant par les investissements faramineux que cela nécessite, que par l’hypothèse de couvrir le territoire français d’éoliennes et de panneaux solaires achetés à des entreprises étrangères.

Ainsi une grande part d’ombre subsiste sur les sources d’énergies qui compléteront les énergies renouvelables en 2050. Vers quelle transition voulons-nous aller ? Eléments de réponse.

Quel est l’état actuel du nucléaire en France ? Qu’est-ce que la fusion et en quoi se différencie-t-elle de la fission ? Ecologie et nucléaire sont-il compatibles ? Quel avenir pour la fusion en France et dans le monde et quels rôles peut-elle jouer par rapport aux énergies renouvelables ? La fusion en 2040 : mythe ou réalité ? Enquête.

Par Sébastien Taupin, co-président du mouvement citoyen Le Réveil de la France (LRF) – 09/01/2016. Ce rapport exclusif LRF est le fruit de 8 mois d’enquête au sein de l’industrie nucléaire européenne avec notamment des études au CEA (France) et au Swiss Plasma Center de l’EPFL (Suisse).

 

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La fusion nucléaire ou l’énergie au cœur des étoiles
 

La radioactivité : qu’est-ce que c’est ?

 

La radioactivité naturelle a été découverte par le physicien français Henri Becquerel en 1896. Avec cette découverte, c’est notre connaissance du monde, infiniment petit et infiniment grand, qui se trouve totalement bouleversée. Dès lors tout s’enchaîne très vite : découverte du proton en 1919 par Rutherford puis celle du neutron par Chadwick en 1932. La radioactivité artificielle est mise en évidence par Joliot-Curie en 1934. On découvre ensuite les réactions nucléaires, la fission et la fusion et donc une meilleure compréhension de l’univers et du Big Bang. La datation du passé est désormais possible tout comme l’imagerie médicale à l’aide de traceurs radioactifs.

Le nucléaire est-il dangereux ? Les effets sur la santé de la radioactivité dépendent de la dose reçue. Diverses unités de mesures existent pour mesurer l’intensité de l’émission radioactive (Becquerel, symbole Bq), l’effet physique à la réception (Gray, symbole Gy) ou l’effet biologique sur l’organisme (Sievert, symbole Sv).

Chaque année en France, nous recevons environ 1 à 4 mSv (millisievert, 0,001 Sv) à cause de la radioactivité naturelle (2,4 mSv), des voyages en avion et de l’imagerie médicale (radiographies, mammographies). Notons cependant que la radioactivité naturelle varie significativement avec le lieu. Elle peut par exemple atteindre plus de 20 mSv/an dans l’Etat du Kerala en Inde où l’incidence moyenne de cancers n’est pas pour autant différente du reste du monde (source CEA). Un scanner médical peut lui monter jusqu’à 20 mSv en quelques minutes. La radioactivité commence à être dangereuse si la dose reçue est supérieure à 100 mSv.

 

De l’énergie dans la matière : fission et fusion

 

Dans une centrale nucléaire actuelle, l’énergie provient de la fission de l’uranium 235 induite par les neutrons. Chaque réacteur a une puissance d’environ 1300 MW. A l’inverse de la fission, la fusion correspond à l’agglomération de deux noyaux légers pour former un noyau plus lourd. C’est ce type de réaction provoquée par l’agitation thermique des atomes portés à très haute température, qui alimente les étoiles.

4 réactions de fusion sont théoriquement possibles mais seule celle entre le deutérium (D) et le tritium (T) est pour le moment envisagée. Les températures requises pour la fusion dépassent la centaine de millions de degrés. A de telles températures, les électrons se sont détachés complètement du noyau formant un plasma, le quatrième état de la matière. Il existe 3 méthodes pour confiner le plasma : les confinements gravitationnel, magnétique ou inertiel. L’approche la plus utilisée de nos jours est la fusion à confinement magnétique à l’aide d’un tokamak – chambre contenant des bobines magnétiques – car elle ne présente pas d’intérêt militaire et présente une plus grande faisabilité.

 

Un potentiel immense comparé aux autres sources d’énergie : une véritable alternative

 

Le constat simple souvent omis est qu’aucune source d’énergie actuelle hormis le nucléaire ne sera capable de subvenir à une hausse des besoins énergétiques mondiaux sur le long terme, notamment pour les pays fortement peuplés tels l’Inde et la Chine.

La fusion est en quelque sorte « l’énergie mère », puisque toutes les autres sources d’énergie qui proviennent du soleil en sont issues, qu’il s’agisse de l’énergie fossile (photosynthèse), du solaire ou de l’éolien. Ainsi un réacteur à fusion nucléaire produit une énergie incomparable par rapport aux énergies « traditionnelles ». Il fournit 4 fois plus d’énergie qu’un réacteur nucléaire classique qui lui-même représente 1 700 000 fois plus que le pétrole ou le charbon à masse égale de combustible et l’équivalent de 750 éoliennes (en prenant en compte le facteur de charge).

Combustible Energie spécifique (MJ/kg)
Eau (barrage de 100m) 0,001
Charbon 20-30
Pétrole 40-50
Fission U-235 82 000 000
Fusion D-T 350 000 000

Densité d’énergie des ressources connues sur Terre

 

Une énergie propre et non intermittente

 

Tout comme les centrales à fission, la fusion ne produit pas de gaz à effet de serre. L’Allemagne a fait le choix de sortir du nucléaire mais les ressources fossiles (houille, charbon, gaz naturel, fioul) utilisées à la place ont augmenté massivement les émissions de CO2.

Avec les réacteurs à fission actuels, le problème majeur est les déchets radioactifs de moyenne et longue durée de vie et notamment le Césium 137 et le Strontium 90. L’élimination de ces déchets est à ce jour un problème majeur qui fait l’objet de nombreuses études. En utilisant l’énergie de fusion, il n’y aurait plus ce problème car la réaction de fusion ne produit pas de déchets radioactifs de longue durée d’où un avantage considérable d’un point de vue environnemental.

De plus, cette future énergie de fusion ne serait pas sujette aux variations des conditions météorologiques, contrairement à la plupart des énergies renouvelables – intermittentes – comme le solaire et l’éolien, dont la production s’interrompt lorsque l’ensoleillement est insuffisant ou que la vitesse du vent est trop faible ou trop importante.

 

Une indépendance totale vis-à-vis des importations d’uranium

 

Chaque année, la France importe 9200 tonnes d’uranium naturel pour un coût de 800 millions d’euros pour fabriquer le combustible alimentant son parc de 58 réacteurs nucléaires à fission. L’uranium est importé par le groupe français Areva et provient des mines du Kazakhstan, du Niger et du Canada. Avec la fusion, le combustible (Deutérium et Lithium pour produire le Tritium) est quasiment inépuisable dans la nature d’où une indépendance totale vis-à-vis des importations d’uranium.

..

Une source d’énergie fiable et sûre

 

Du point de vue de la sécurité, la réaction de fusion ne risque pas de s’emballer contrairement à la fission qui est une réaction en chaîne qu’on ne peut arrêter. Les accidents de Tchernobyl et Fukushima ne pourraient pas se reproduire. De plus, la radioactivité serait localisée autour du réacteur donc sans risque pour les êtres humains.

L’énergie de fusion est ainsi une énergie abondante, propre, constante, sans effet sur l’environnement, sans déchets radioactifs, sans dérives possibles pour le militaire et présentant aucun risque d’accident nucléaire. La question légitime que l’on peut se poser est la suivante : puisque cette énergie miracle existe, pourquoi ne pas la développer ?

 

La fusion nucléaire : un défi majeur pour la France et le monde entier

 

De nos jours, 40 tokamaks sont en opération ou en cours de construction (Inde, Corée, Chine). La fusion nucléaire commencée dans les années 50 a beaucoup progressé ces dernières années. Le Réacteur Thermonucléaire Expérimental International (ITER) est un projet international de fusion expérimentale en construction depuis 2010 à Cadarache en France qui associe plus de 35 pays dont l’Union Européenne, le Japon, l’Inde, la Chine, la Russie, la Corée du Sud, les USA et la Suisse.

Les objectifs sont de prouver la faisabilité scientifique et technologique de la fusion. Le dernier pas avant la commercialisation de l’énergie de la fusion est le projet DEMO. Les scientifiques s’accordent à dire que les réacteurs à fusion seront opérationnels à l’horizon 2050 même si les pays émergents pourront développer cette technologie bien avant le reste du monde grâce à des investissements massifs et une politique appropriée.

 

Etant conscient des enjeux technologiques, économiques et environnementaux liés à l’énergie de demain, notre mouvement LRF s’engage à accélérer le développement de l’énergie de fusion pour une industrialisation opérationnelle dès 2040. Le développement de cette énergie des étoiles dans le cadre d’un projet financé par l’Union Européenne coïncidera avec l’augmentation de la part des énergies renouvelables afin d’arriver à l’horizon 2050 à un mix énergétique 100 % énergies renouvelables et fusion nucléaire.

Les défis en robotique, supraconducteurs, physique des plasmas, astrophysique et sciences des matériaux sont immenses et seront sources d’innovations dans tous les domaines. LRF s’engage sur le long terme avec ce thème d’avenir afin de créer une filière industrielle d’excellence française, source d’emplois pendant des décennies et lancer une véritable innovation pour 2017. Les investissements sont massifs mais seront étalés sur plus de 30 ans et répartis entre les pays partenaires. Le coût restera inférieur à un mix composé de 100 % d’énergies renouvelables en 2050, évalué à plus de 1000 milliards d’euros. L’objectif est de faire de la France le centre de recherche mondial sur l’énergie de fusion en accueillant les plus grands scientifiques mondiaux. Nous voulons une énergie efficace, propre et sécurisée qui fournira une électricité bon marché pour tous.

Ainsi la question n’est pas tant de savoir si l’on doit sortir ou non du nucléaire, mais plutôt si nous voulons arrêter la fission nucléaire pour nous tourner vers l’énergie des étoiles et valoriser des années de savoir-faire français. La fusion n’est plus un mythe scientifique ou une utopie littéraire mais une réalité et il est grand temps d’accélérer le développement de cette énergie sachant qu’il n’a fallu que 8 ans aux astronautes américains pour marcher sur la Lune. Celle-ci nous permettra d’envisager la conquête et l’exploration spatiale sous un nouvel angle. Le temps de la fission est révolu, place désormais à la fusion.

 

Vers quelle transition nous voulons aller

 

 – Pour une sortie progressive de la fission nucléaire et le démantèlement des centrales françaises vieillissantes,

– Pour une intensification de la recherche, le développement et l’industrialisation de la fusion nucléaire : l’énergie des étoiles,

– Pour des embauches majeures dès 2017 et des premiers réacteurs à fusion opérationnels dès 2040,

Pour un mix 100 % énergies renouvelables et fusion nucléaire à l’horizon 2050,

– Pour une énergie sans effet néfaste ni sur la santé ni sur l’environnement et compatible avec le développement durable,

– Pour une indépendance énergétique, une sécurité des installations et une valorisation du savoir-faire français,

– Pour la création d’une filière d’excellence française créatrice d’emplois pour des décennies.

 

Citation

 

« Une approche du type « Apollo » c’est-à-dire sans limite pratique de fonds et de personnels pourrait nous faire gagner du temps […] et rendre la fusion opérationnelle dès 2040 », Directeur du « Swiss Plasma Center », Lausanne (2015)

 

Sources

 

– Tokimatsu, K., Fujino, J., Asaoka, Y., Ogawa, Y., Okano, K., Yoshida, T & Kaya, Y. (2000, October). Studies of nuclear fusion energy potential based on a long-term world energy and environment model. In 18th IAEA Fusion Energy Conference.

– L’énergie nucléaire du futur : quelles recherches, pour quels objectifs ? CEA Saclay et Groupe Moniteur, 2005.

– Li, J., Zhang, J., & Duan, X. (2010). Magnetic fusion development for global warming suppression. Nuclear Fusion50(1), 014005.

– Granić, G. (2011). What processes can be expected in the Croatian energy sector by 2050. Nafta62(3-4), 87-95.

– Bradshaw, A. M., Hamacher, T., & Fischer, U. (2011). Is nuclear fusion a sustainable energy form?. Fusion Engineering and Design86(9), 2770-2773.

– EFDA, Fusion Electricity A roadmap to the realisation of fusion energy, 2012.

– Fasoli, E=mc2 et l’énergie de fusion, MOOC mécanique, EPFL, 2013.

– Projet ITER : https://www.iter.org

– EUROfusion : https://www.euro-fusion.org/eurofusion/the-road-to-fusion-electricity/

– Calculs d’éoliennes : http://ethicologique.org/index.php/750-eoliennes-1-reacteur-nucleaire/

Tous droits réservés Le Réveil de la France 2016

A propos de l'auteur

Sébastien Taupin

Co-président du think tank Le Réveil de la France

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