Fusion nucléaire inertielle proton bore, l’avenir

l’avenir du nucléaire: la fusion nucléaire inertielle proton bore

Vous avez sûrement une opinion sur le nucléaire:

-faut-il en sortir?

-les énergies renouvelables suffiront-elles à couvrir nos besoins?

-certaines énergies renouvelables comme les biocarburants ne sont-elles pas plus néfastes pour la planète (effet de serre) que le nucléaire?

-nucléaire : n’est-ce pas le mot qui vous fait peur car associé aux bombes?

Effectivement mais voici des éléments pour poursuivre la discussion : sortir du nucléaire actuel oui, mais poursuivre les recherches sur le nucléaire sans déchets, sans danger de prolifération et sans risque d’explosion. La solution existe déjà dans les laboratoires, la fusion nucléaire inertielle proton bore, mais pas la volonté politique pour soutenir la recherche jusqu’à l’obtention de l’ignition.

C’était la croisade de mon ami André Brahic avant son décès. Huit jours avant sa mort, je lui ai dit que je ferai tout ce qui est en mon pouvoir (malheureusement pas grand chose) pour continuer son combat.

La fusion nucléaire civile  : vers l’énergie abondante sans pollution

Je dédie ce débat à mon ami l’astrophysicien André Brahic, qui nous a quitté il y a quatre ans et je reprend les arguments et le combat pour lequel il avait décidé de militer. Cet article a été écrit par moi-même: Maryvonne Pellay, astrophysicienne, spécialiste des plasmas stellaire et galactiques à partir d’un entretien avec Christine Labaune, directrice de recherche au CNRS au LULI (Laboratoire pour l’utilisation des lasers intenses).

Je voudrais vous parler:

– des raisons qui ont motivé les choix dont nous n’arrivons pas à sortir, du cynisme mortifère des dirigeants.
de l’urgence à passer aux énergies décarbonées à faible coût

– de l’urgence de soutenir les recherches sur la fusion nucléaire
– de l’incapacité des énergies nouvelles en particulier éolien et solaire, à assurer, dans l’état actuel, nos besoins énergétiques.
Enfin je voudrais expliquer un peu de quoi on parle lorsqu’on parle de nucléaire.

IL NE FAUT PAS SE TROMPER DE COMBAT  ! Sortir du nucléaire actuel OUI, renoncer au nucléaire NON.

Le choix des filières énergétiques est un choix politique, économique, stratégique. Il devrait nécessiter un minimum d’acceptation des populations. Or tous ces grands choix ont été faits avec comme  objectif premier la production d’armes de destruction massive.
Le changement de filière nucléaire pour des filières moins ou pas polluantes et dangereuses, comme celle de la fusion proton bore, nécessite des développements importants et des recherches fondamentales, qui dépendent de financement, organisation, volonté, vision. Ce n’est pas le fort de nos politiques. Recherche, connaissance et culture étant laissées de côté.
On comprend que les recherches sur le nucléaire et en particulier sur la fusion nucléaire doivent se faire dans un organisme dédié. En France, c’est le CEA MAIS Le  CEA est  noyauté par la DAM (Direction des applications militaires) et, concernant la fusion nucléaire, il est pieds et poings liés par le programme ITER sur la fusion par confinement magnétique (qui a prouvé depuis 50 ans son inefficacité). Ce choix, concrétisé en 2005, peut-il être remis en question? Compte-tenu de l’importance de l’enjeu, indépendance énergétique et réduction de l’impact climatique, il faudrait intensifier les efforts de recherche et diversifier les approches.
Malheureusement, la notion de technologie de rupture (une innovation qui porte sur un produit ou un service et qui finit par remplacer une technologie dominante sur un marché),  nécessite un changement de cap que les gros paquebots des puissantes industries, très focalisés sur les besoins de leurs parties prenantes (clients, actionnaires, employés…), ne sont pas près de faire.
Il suffit d’écouter le discours du CEA sur les nouvelles filières  : il est quasiment identique à celui de «  sortir du nucléaire  ».
Or il faut changer de cap dans le nucléaire pour maîtriser une nouvelle source d’énergie nucléaire non polluante et sûre. Ça, ce serait vraiment changer le monde.
Et la seule que nous connaissons capable d’assurer l’avenir de la consommation énergétique de planète sans pollution est la fusion nucléaire.
En attendant de savoir si le réchauffement climatique n’est dû qu’à l’effet de serre, le principe de précaution est de faire un maximum pour réduire les gaz à effet de serre avant d’atteindre le point de non retour catastrophique.

Qu’est-ce que l’énergie nucléaire?

Une masse peut se transformer en énergie selon la loi d’Einstein  : E=mc2  :
c = 300 000 km/s. D’après cette formule une table de 15 k produirait l’énergie électrique consommée en France en un an  ! Mais c’est plus compliqué que ça.
Dans toutes les méthodes de production d’énergie, celle-ci est extraite de l’énergie potentielle de masse d’un matériau.
les réactions chimiques comme la combustion du pétrole où un atome de carbone s’unit à deux atomes d’oxygène pour donner du CO2 (plus léger que somme de la masse du Carbone et des deux Oxygène), n’affectent que les électrons qui gravitent autour du noyau
Elles produisent (par unité de masse) un million de fois moins d’énergie qu’une réaction nucléaire où ce sont les liaisons à l’intérieur du noyau  (d’où le mot nucléaire) qui sont cassées. Celles-ci sont beaucoup plus dures à casser.

Les filières nucléaires

 Fission nucléaire

on casse un noyau lourd en le bombardant de neutrons pour obtenir deux noyaux moins lourds et c’est la différence de masse entre le noyau initial et ceux qu’on obtient qui est transformée en énergie, c’est ce qu’on fait dans les centrales actuelles.
 

 Fusion nucléaire

c’est l’énergie du Soleil et des étoiles  : on fusionne deux petits noyaux en un seul noyau plus lourd mais moins lourd que la somme des masses des deux noyaux initiaux. Là encore, c’est la différence de masse qui est transformée en énergie. C’est ce qu’on fait avec la bombe H mais qu’on ne domestique pas encore.

Pourquoi le nucléaire a-t-il mauvaise presse  ?

À cause de la bombe, des risques de prolifération et à cause des accidents dus au mauvais choix initial de la filière  !
Les filières de fission utilisées actuellement dans les centrales nucléaires  :
– génèrent des déchets qui restent radioactifs  pendant des temps à l’échelle géologique  ;
– présentent des risques de dissémination (plutonium pouvant tomber entre les mains d’états voyous qui peuvent l’utiliser pour fabriquer des bombes)  ;
– risquent de diverger et donc d’exploser car les centrales actuelles ne se régulent pas sans électricité  ; en cas de panne ou de catastrophe, la réaction s’emballe.

Au moment où l’on exhume, pour préparer le peuple à de nouveaux choix politiques et scientifiques (dont on se garde de nous préciser les impacts) les conséquences désastreuses de nos anciens choix politiques et scientifiques, les essais nucléaires en Polynésie française, dont nous étions si fiers à l’époque, il m’a semblé amusant et décalé de vous livrer cet extrait d’une vie pas tout à fait ordinaire sur l’atoll de Mururoa entre 1976 et 1978.
Extrait du livre Exécuté à blanc (éditions Nombre 7) ou comment un légionnaire chargé de la sécurité de notre chère bombe H vivait à Tahiti en 1978, alors que l’atoll s’enfonçait à chaque explosion.

Comment la vérité sur le nucléaire a été inventée  ?

Cette vérité a été établie par Richard Nixon qui par décret et dollars a décidé en 1973 de financer la filière à eau pressurisée et donc abandonné le thorium. Pourquoi?
-Dans un contexte de guerre froide, la US Navy voulait construire rapidement porte-avions et sous-marins à propulsion nucléaire.
-La science pour la filière thorium était établie mais l’industrialisation allait prendre encore quelques années.
-L’industrie qui avait investi massivement dans l’enrichissement d’uranium pas utile pour la filière thorium n’était pas favorable.
-Les considérations sur la sécurité, la prolifération et d’impact sur l’environnement n’étaient pas prioritaires.
-La filière thorium ne permet pas la production du plutonium, d’où la nécessité de maintenir l’autre filière pour la fabrication de bombes A et H.
La France a suivi le même raisonnement. Aujourd’hui encore, la direction des applications militaires (DAM) guette toute recherche qui peut être faite sur le nucléaire et en «  confisque  » l’équipement et les résultats. Ces décisions sont prises directement entre le chef de l’état et le directeur de la DAM et aujourd’hui il n’y a plus guère de place en France pour la recherche concernant les applications civiles du nucléaire.

Pourquoi le nucléaire est-il la seule solution énergétique  ?

C’est la seule énergie  ‘décarbonée’  sans émission de gaz carbonique, et abondante qui peut permettre de passer au tout électrique. (on peut assurément discuter à l’infini sur les économies, la décroissance, etc qui sont de vrais débats, mais dans l’immédiat, en admettant que tout le monde arrête de prendre l’avion pour aller en vacance aux antipodes, il faut stopper l’effet de serre). On le dit depuis 1970 et aujourd’hui que les signes de l’effet de serre sont de plus en plus visibles, qui peut encore douter que l’humanité va à sa perte si on n’agit pas rapidement?
L’enjeu économique est important  : nous avons pris plus de 50 ans de retard sur les recherches des applications civiles du nucléaire et en particulier de la fusion nucléaire à cause de la mainmise de la DAM et du choix initial de l’uranium. La Chine, l’Inde et même Etats-Unis pendant ce temps avancent.

Notre indépendance énergétique passe par le nucléaire et elle est menacée.

-Les indicateurs montrent que si on réouvre des centrales charbon, qu’on brûle de la biomasse, le gaz de schiste, etc., si on ne passe pas rapidement à la voiture électrique, la situation va devenir irréversible et incontrôlable.
-L’Allemagne a fait l’essai en vraie grandeur  : elle a fermé ses centrales nucléaires et réouvert les centrales à charbon sans pour autant réduire ses besoins.

Le renouvelable n’est évidemment pas capable de fournir l’énergie dont elle a besoin. Heureusement que chez nous les vents d’ouest sont dominants car en cas de vents d’est la pollution venant d’Allemagne se fait nettement sentir dans l’Est de la France. Quel est le lobby derrière les éoliennes? Des éoliennes dans la baie de Somme, c’est affligeant!

Pourquoi rien n’avance-t-il  ?

Entre la politique désastreuse des brevets au CNRS et la confiscation des recherches par le CEA au profit de la DAM, tout est bloqué. Les crédits vont aux applications militaires (laser mégajoule pour simuler la bombe H, depuis qu’on ne peut plus faire d’essais) ou à ITER pour le confinement magnétique et les recherches sur la fusion nucléaire. Mais ces recherches portent sur la fusion nucléaire deutérium-tritium (dont on sait depuis 40 ans qu’on ne peut pas la maîtriser à cause de la production de neutrons rapides d’une énergie telle qu’on ne sait pas les arrêter) ne fonctionne pas au lieu de pousser les recherches en cours sur la fusion nucléaire proton bore
– retard sur les simulations numériques
– mauvais contrôle des coûts…L’industrie ne tient pas  ses promesses…malheureusement il n’y a pas que dans le nucléaire qu’on rencontre ces problèmes…

L’Occident est pris au piège de la décision sur la filière uranium et a peine à relancer le débat. Le processus de décision dans nos démocraties est peu rationnel et rend difficile tout retour en arrière –principe de non répudiation. Mais il faut abandonner d’urgence la quatrième génération d’uranium  / eau sous pression.

La relance du nucléaire pourrait donc venir de la nécessité de traiter les déchets des centrales et nos bombes, une façon douce de lancer la filière thorium.

Les filières prometteuses et l’état d’avancement

Filière fission  : Thorium

Une des technologie de rupture:  on passe d’un solide à un liquide à base de sels fondus et on se sert de la capacité des sels fondus à confiner chimiquement des produits de fission .
Elle n’est pas sans inconvénient à cause de l’utilisation du sodium, mais a ses avantages  : en cas de surchauffe, les sels s’écoulent et la réaction s’arrête, la durée de vie des déchets est de 300 ans au lieu de 200 000 ans, le thorium est présent partout dans le monde et elle nous permettrait de nous débarrasser de l’arsenal de bombes et d’une partie des déchets accumulés par la filière uranium.

MAIS L’industrie n’est pas très favorable car elle fait l’essentiel de son chiffre d’affaire dans la production d’uranium enrichi, les gouvernements qui ont décidé d’abandonner le nucléaire auront probablement beaucoup de mal à changer de cap, sans parler des écologistes qui signeraient leur arrêt de mort politique.

Les réacteurs fusion-fission hybride

Utiliser les neutrons rapide produits par la fusion deutérium-tritium, qu’aucun matériau ne peut arrêter, pour transformer le thorium 232 en uranium 233 plus efficace et plus propre que l’uranium 235.

La fusion nucléaire

Pour réaliser la fusion en vue de production d’énergie, il y a aujourd’hui 2 voies reconnues: le magnétique et l’inertiel.
Le magnétique est un problème de physique des plasma, de champs magnétiques, de confinement et de chauffage. Ce sont des thématiques purement civiles. C’est la raison principale pour laquelle il a été choisi et ITER est un programme international. Mais ça fait 40 ans que le confinement magnétique prouve qu’il ne fonctionne pas et que l’on ne dispose d’aucun matériau capable d’arrêter les neutrons rapides générés : or il faut les arrêter pour récupérer leur énergie (d’où quand même l’espoir fusion/fission (voir plus haut).

Fusion nucléaire inertielle  

on irradie une petite cible de combustible par un rayonnement laser intense (NIF et Laser Megajoule)  : cette énergie comprime la cible qui implose et entraîne la fusion des noyaux contenus dans la cible et l’ignition. En répétant l’opération à haute fréquence on obtient le principe d’un réacteur à fusion.
Le confinement inertiel fait appel à des lasers de grande énergie. Avec les schémas choisis actuellement,   toutes les recherches sont duales et présentent des applications militaires:  La DAM conduit des recherches sur la fusion laser dans le cadre du programme ‘Simulation’ qui n’a aucun objectif de production d’énergie (simulations de la bombe H qu’on ne peux plus expérimenter en vraie grandeur  : il faut voir le spectacle l’Expérience!). Elles ne peuvent donc pas se dérouler en grandeur intéressante sur des installations civiles.

C’est pourquoi la DAM a coupé court à toutes les recherches sur la filière Proton-Bore pour avoir plus de temps sur les lasers intenses.

Je voudrais vous parler de cette voie que défendait André Brahic  :

Fusion nucléaire inertielle proton bore par laser

Développée par Christine Labaune, directrice de recherche au CNRS au LULI (Laboratoire pour l’utilisation des lasers intenses).

On produit un faisceau de protons qui interagit avec la cible de bore, donne naissance à des particules alpha (Noyaux d’Hélium chargés) qui sont facilement arrêtées contrairement aux neutrons rapides produits par la réaction de fusion nucléaire Deutérium/Tritium qu’on ne sait pas arrêter aujourd’hui. On sait très bien arrêter les particules alpha et les convertir en énergie électrique. La réaction de fusion nucléaire inertielle proton-bore est aneutronique.

En conclusion, il faut sortir du schéma Deutérium Tritium.
Inconvénient de la filière proton-Bore  : il est très difficile d’obtenir l’ignition, c’est à dire la réaction en chaîne, ce qui est aussi son avantage  :
il est beaucoup plus difficile de maintenir une chaîne de réaction de fusion que de fission donc la réaction ne sera jamais divergente.
C’est le Graal de la fusion (matériaux abondants, facile à manipuler, pas de sous-produits radioactifs…)
J’ai visité le laboratoire LULI à l’Ecole polytechnique  : c’est très impressionnant, mais le CEA impose de ne faire que 5 tirs laser par jour, ce qui est totalement insuffisant pour étudier tous les paramètres de cette réaction de fusion nucléaire délicate à initier. Pendant ce temps en Chine et en Inde, ils dédient des installations à ces recherches avec 20 ou 30 tirs laser par jour…

Un laboratoire en Australie HB11 energy, en liaison avec les Américains sont aussi actifs sur le sujet.

Sommes-nous utopiques de vouloir domestiquer la fusion nucléaire, la plus puissante des énergies décarbonées  ? Je ne pense pas mais je pense que les Chinois y arriveront avant nous  : ils connaissent les technologies et ont une puissance systématique pour tout tester puis choisir. Et surtout, ils savent bien, eux, qu’ils doivent arrêter leur pollution. Ils y arriveront avant même que les décisions politiques ne soient prises en France.

Y a-t-il des alternatives  ?

Il faut se méfier des phrases comme celles-ci  :
À l’échelle mondiale, plus de la moitié de la consommation additionnelle (c’est combien si on a fait des économies….) de l’année a été satisfaite par les énergies renouvelables, l’hydroélectricité se taillant encore la part du lion des énergies propres.
Car la plupart des gens oublient ce petit mot  : «  additionnelle  »  !!!

Les éoliennes et le reste?

Les Allemands commencent à les démonter car dès que la filière ne sera plus outrageusement soutenue par des subventions, elle n’est pas viable : problèmes d’acheminement de l’électricité, de stockage, problèmes de rendement, problèmes de coût de maintenance, problème de préservation des paysages, etc.

Les faits ? « L’atmosphère terrestre a officiellement atteint une concentration de CO2 de 400 parties par million (ppm) ». La présence d’autant de CO2 dans notre atmosphère est une première dans l’histoire de l’humanité. Certains pensent que le point de non-retour du changement climatique est atteint et que l’on entre dans une période noire : le réchauffement climatique totalement irréversible Vous connaissez la suite : réchauffement progressif de notre planète, montée des eaux, extinction de masse… Mais l’accord de Paris, s’il est vertueux, n’empêche pas la réouverture ds centrales à charbon. Et c’est bien joli de dire qu’on participe au maintien des températures moyennes globales en-dessous d’un niveau critique correspond à +1,5°C au-dessus des moyennes pré-industrielles. Mais les 60 pays ayant ratifié l’accord ne produisent que 47.76% des émissions de carbone dans le monde.
Solaire, éolien et hydraulique ne sont pas suffisants  : d’ailleurs les écologistes s’opposent à l’hydraulique, ce qui est un comble  : par exemple tous les aménagement du bassin Adour-Garonne sont bloqués…alors qu’il y a un potentiel énorme.
Géothermie océanique  : pourquoi pas, mais technologiquement, les délais seront encore plus long que pour le nucléaire.

Solaire : des calculs déjà faits dans le rapport énergie de 1975 montraient que pour produire l’énergie électrique d’une centrale nucléaire, il faudrait se priver de tellement d’hectares agricoles… Alors le solaire, oui pour les toitures, les unités isolées (comme les panneaux que l’on voit sur les bornes des autoroutes par exemple. Un appoint à ne pas négliger mais pas une technologie de production massive d’électricité.