Le nucléaire propre et sûr, une nouvelle révolution énergétique se dessine pour notre futur.

Publié le par Alain Genestine

Par Jean-Pierre Petit, ancien directeur de recherche au Cnrs
Astrophysicien et physicien, spécialiste en magnétohydrodynamique ( MHD )
jppetit1937@yahoo.fr



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La gestion de l'énergie, au niveau national et planétaire, est un thème important de la politique de tous les états. Nicolas Hulot se positionne comme " fer de lance " de cette action de sensibilisation écologique en insistant sur une évolution climatique qui semble bien se dessiner et s'accélérer. Ce discours renvoie immédiatement aux modes de production de l'énergie. J'ai lu son ouvrage. Malheureureusement, en dehors de prôner une politique d'économie, de lutte contre le gaspillage, "d'austérité énergétique" on ne trouve dans les quelques pages qu'il consacre au sujet, en matière de formules alternatives, que les classiques recours à l'éolien et au solaire. Nicolas Hulot est parfaitement conscient, ce faisant, du fait que ces solutions alternatives sont à la fois très coûteuses et relativement peu efficaces, en comparaison du prix du kilowatt-heure issu d'une production pétrolière. Un coût par ailleurs brut, calculé sans se soucier des retombées, de la dépollution afférante. Je pense que notre pays devrait créer un pôle de recherche sur toutes les nouvelles formules pour produire de l'énergie. Ce genre d'activité mériterait une section du ministère de la recherche et de la technologie. Dans cette optique je voudrais pouvoir exposer à des militants compétents les possibilités offertes par la fusion a-neutronique, ou faiblement neutronique. Je m'explique. Pour tout un chacun, la fusion c'est exclusivement celle du mélange des deux isotopes lourds de l'hydrogène : le deutérium et le tritium, qui produit des neutrons, lesquels "activent les structures environnantes". Le professeur Gilles de Genne a pour sa part fortement mis en doute le fait que le système supraconducteur assurant la magnétisation, dans Iter, puisse résister aux effets d'un bombardement neutronique imparable. Il y a cela, plus le refroidissement du plasma par arrachement de noyaux lourds à la paroi, etc... On sait de longue date qu'il existe des réactions de fusion qui ne génèrent pas de neutrons, telles la réaction Lithium7 + hydrogène H1, donnant deux noyaux d'hélium, ou Bore11 plus hydrogèneH1 donnant trois noyaux d'hélium. La première s'amorce à une température de 500 millions de degrés, la seconde à un milliard de degrés. Cette seconde filière n'avait jamais été envisagées jusqu'à ce jour, du fait de la température qu'on doit créer, qui semblait relever de la ... science-fiction. La filière Lithium hydrogène est utilisée depuis les années cinquante dans ... les bombes à hydrogène. Au coeur d'une explosion thermonucléaire règne donc une température de l'ordre de 500 millions de degrés. C'est aussi la température d'ignition de la réaction, qui est obtenue en focalisant le flux de rayons X produit par une bombe A, faisant office d'allumette, de détonateur. Mais on est loin, ici, d'applications industrielles. Le Jet, tokamak anglaisLa réaction deutérium tritium s'amorce à 100 millions de degrés. C'est ce qui a été obtenu pendant quelques secondes dans le Tokamak anglais de Culham, ce résultat servant de point d'appui au dispendieux et très problématique projet Iter. Avec une telle formule il serait totalement exclu d'envisager ce type de fonctionnement en continu, à la manière d'une chaudière, aux température requises pour les filières Li- H et B-H ( respectivement 500 millions et un milliard de degrés )

Il faudrait opter pour un fonctionnement impulsionnel.

Or ce passage du fonctionnement continu au fonctionnement impulsionnel a déjà été opéré avec succès dans notre technologie et s'est avéré si efficace que l'ancienne formule a aussitôt été abandonnée. Ca n'est autre que cette mutation technologique qui a fait passer l'humanité du stade de la machine à vapeur à celui du moteur à explosion. C'est donc dans la logique technico-scientifique. Et si je devais qualifier le projet Iter de manière critique, outre tous les problèmes technico-scientifiques non résolus qu'il charrie, c'est d'être " la machine à vapeur du troisième millénaire ". Il serait beaucoup plus profitable et logique de pouvoir envisager un fonctionnement du style "moteur à explosion", avec des excursions en température plus importantes, qui permettraient d'opter pour des réactions de fusion non-polluantes et pratiquement exempte de radioactivité, comme celles évoquées plus haut ;

un nucléaire sans radioactivité ni pollution !

Les spécialistes qui se sont penchés sur cette questions concluent tous que la meilleure réaction serait la réaction bore-hydrogène. Si cette réaction est totalement a-neutronique, il existe des réaction parasites afférentes qui produisent quand même des neutrons, et il en est de même pour la réaction lithium-hydrogène. Mais cette production est beaucoup moins importante que dans la filière deutérium-tritium. En comparaison, elle est infime. On peut la qualifier de "quasi-aneutronique".

On voit donc poindre une nouvelle formule : celle d'une générateur à fusion, impulsionnel.

1 - On comprime un mélange Bore hydrogène- Des réactions de fusion dégagent de l'énergie- Il se crée un plasma sous très forte température, qui entre en expansion 2 - Cette expansion est opérée dans un champ magnétique, en régime de nombre de Reynolds magnétique élevé (où le plasma et le champ magnétique sont très liés l'un à l'autre ). "Le champ magnétique est comprimé"3 .- Ceci se traduit par la naissance d'un courant induit, et une production d'énergie qui, modulo un simple transformateur permet de l'extraire par "conversion MHD directe" et de l'exploiter sur un réseau. Ce système a été expérimenté par les Russes ( équipe d'Andréi Sakharov ) dès les années cinquante. Le rendement est très bon.4 - Il faut stocker dans l'équivalent d'un "volant" ( celui du moteur à explosion ) une partie de l'énergie, qui servira à assurer la compression de la charge de fusion suivante. Le qualificatif  analogique le plus proche serait

un "diesel à fusion"

Voilà le schéma de principe, connu de longue date. Le compresseur est de type MHD. Cela signifie qu'on injecte un très fort courant électrique, de plusieurs dizaines de millions d'ampères dans un système, également connu de longue date, qu'on appelle un "liner", qui tend à imploser selon son axe sous l'action des forces de Laplace. Pourrait-on parvenir à atteindre une témpérature d'un milliard de degrés avec un tel système ? La réponse positive a été apportée par une équipe américaine en 2005, travail publié en février 2006 par le professeur Haines, directeur du laboratoire de physique des plasmas de l'Imperial College de Cambridge. Ce résultat était .. inattendu.

http://www.jp-petit.com/science/Z-machine/papier_Haines/papier_Haines.htm

La Z-machine de Sandia ( Nouveau Mexique )Au laboratoire Sandia, Nouveau Mexique, les élèves de Gérold Yonas, pionnier dans les années soixante dix en matière de hautes puissances électriques pulsées, ont construit ce qu'on appelle une " Z-machine"Pourquoi ce nom ? Parce qu'on comprime un plasma "selon l'axe OZ".  Le schéma est d'une simplicité absolue. On fait passer plusieurs dizaines de millions d'ampères dans un ensemble conducteur de forme cylindrique (selon les génératrices du cylindre). Cette puissance doit être injectée pendant un temps inférieur au temps d'implosion, de l'ordre de 100 nanosecondes. Mais cette technique, maîtrisée de longue date, ne pose aucun problème. Cette nappe de courant crée un champ magnétique. La combinaison du courant éléctrique I et du champ magnétique B donne des forces de Laplace dirigées selon l'axe, qui tendent à faire se précipiter les atomes du métal constituant ce "liner" vers l'axe.

http://www.jp-petit.com/science/Z-machine/z_machine2.htm

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C'est là qu'interviennent les terribles instabilités MHD. Si le liner est un simple cylindre ( de cuivre ou d'aluminium ) il est impossible de maintenir la régularité de la nappe de courant. Au résultat, ça n'est plus un cylindre de plasma qui implose, mais un objet de plus en plus distordu, gauchi, en proie aux "contorsions" dues à la naissances de ces instabilités magnétohydrodynamique (dont je suis spécialiste). Tout cela est connu et a été mis en évidence expérimentalement depuis les années soixante dix, et même avant. Si l'implosion n'est pas régulière, la montée en température s'en ressent bien évidemment. L'équipe de Yonas, conduite par Chris Deeney, avait donc abandonné l'idée de découvrir là une filière alternative pour la fusion. Les températures visées étaient plus modestes : entre un et dix millions de degrés seulement. La Z-machine américaine était donc conçue comme un puissant générateur de rayons X, destiné à vérifier l'efficacité du durcissement de têtes nucléaires. Jusqu'à ce que survienne un évènement totalement imprévu. Pour essayer de conserve l'axisymétrie du liner le plus longtemps possible l'équipe de Chris Deeney imagina de remplacer le cylindre de cuivre par un ensemble de 240 fils en inox, d'un diamètre de l'ordre du micron. Pour fixer les idées un tel "liner à fils" fait 8 cm de diamètre et cinq de haut. Dans les expériences menées en 2005 l'intensité totale injectée était de 18 millions d'ampères et le temps de décharge de 100 nanosecondes. A la surprise générale, les fils de métal ne se sont pas instantanément volatilisés mais se sont au contraire sublimés "relativement lentement" ( ce "relativement lentement" se chiffrant en dizaines de nanosecondes ). Le liner a pu ainsi être transformé en un cordon de plasma extrêmement chaud, d'un millimètre et demi de diamètre. Tout cela a été mesuré. Une mesure de température, fiable, a également été effectuée, en se fondant sur le phénomène d'élargissement des raies par effet Doppler. Les résultats, parfaitement reproductibles, ont plongé les expérimentateurs dans la stupeur et l'incrédulité.

Température atteinte : 3,7 milliards de degrés !

C'est donc 3,7 fois la température d'ignition du mélange Bore-hydrogène ( un milliard de degrés ), 7 fois celle qui règne au coeur des bombes à hydrogène ( 20 500 millions de degrés ), 37 fois celle visée par Iter   ( 100 millions de degrés ), 180 fois celle qui règne au coeur du soleil ( 20 millions de degrés ). Les Américains mettront en batterie en 2007 un nouvel appareil, nommé ZR, où les intensités électriques atteindront dès le premier tir 27 millions d'ampères. Le défi technico-scientifique est considérable. En effet rien ne s'oppose à ce que des températures encore plus élevées puissent être atteintes avec ce type de machine. Il n'est pas impossible que des machines de ce genre, où les températures finales croissent comme le carré de l'intensité électrique injectée, puissent atteindre un jour celles qui règnent au coeur des supernovae : 1000 milliards de degrés. La percée réalisé par les laboratoires Sandia ouvre donc la possibilité de déboucher sur des systèmes produisant de l'énergie " par fusion pure ", qui ont évidemment au premier chef des applications militaires à travers des nouvelles bombes à fusion n'ayant pas besoin d'un détonateur à fission, d'une "bombe A" pour amorcer les réactions. . Une technologie terriblement "proliférante". Les Américains, les Russes et différents autres pays travaillent activement sur cette nouvelle génération de ... bombes propres ! Des bombes, non seulement miniaturisables ( les fameux "mini-nukes" ) mais également "furtives", sans "signature nucléaires". D'où un intérêt forcené au plan stratégique. Comment produire les fortes intensités électriques requises ? Réponse : avec des explosifs, selon des techniques initiées par les Russes dès les années cinquante. J'ai donné depuis février 2006 force explications à ce sujet dans mon site et je serais prêt à reprendre toutes ces questions avec des gens de votre équipe pour la présidentielle 2007, suffisamment compétents pour que se noue un dialogue. J'ai également dialogué avec des gens ayant une grande expérience en matière de fusion (des ... anciens des bombes ). Un programme de recherche a été construit, budgeté à hauteur de ... 50 millions d'euros. En effet ces recherches, en comparaison des projets pharaoniques que sont Iter et Mégajoule s'avèrent incroyablement bon marché ( 200 fois moins chères que le projet Iter ). Autour d'une " Z - machine française " il faudrait rassembler 50 personnes, physiciens, ingénieurs, techniciens. C'est au-delà d'une recherche de type universitaire mais très en deçà de la moindre dépense militaire ou de la grande industrie. Au passage, pour des raisons que je pourrais détailler face à de bons physiciens, ce projet représente une porte ouverte vers des recherches en physique fondamentale qui représentent une voie jusqu'ici totalement inconnue : celle de plasmas bitempératures, hors d'équilibre,  où la température ionique est cent fois supérieure à celle des électrons ! Ces recherches représentent un vaste bouquet de ... thèses de doctorat. Il est impossible, au-delà des applications de production d'énergie électrique, que de telles recherches sur les milieux hyperdenses et hyperchauds ne soient pas riches de retombées variées. Le simple souci de lancer en France des recherches fondamentales en physique de pointe, novatrices, justifierait le montage d'un tel projet, qui devrait immédiatement prendre une envergure une échelle européenne et même internationale ( dans le cadre d'une action plus générale, touchant à toutes les technologies alternatives, qui pourrait s'inscrire dans un projet planétaire : "énergie sans frontières" ) . En aucun cas cela ne serait de l'argent perdu puisque les Français seraient au minimum assurés de retrouver les résultats américains. Précisons au passage que les Français disposent de toutes les compétences requises pour donner corps très rapidement à un tel projet. La Z-machine française, implantée dans le <br /> laboratoire militaire de Gramat, Lot La France possède sa propre " Z-machine" ( militaire, située à Gramat, dans le Lot). Mais celle-ci est trop peu puissante pour obtenir une percée comparable à celle opérée par l'équipe de Deeney ( la machine française produit 4 millions d'ampères contre 18 pour celle du laboratoire Sandia ). Mes efforts de sensibilisation, sur dix mois, ont commencé à provoquer un début d'écho... chez les militaires français, qui se moquent évidemment éperdument de la production d'électricité. Une réunion a été prévue au SGDN ( Service général de la défense nationale ). La préoccupation de l'armée serait alors de classer au plus vite de telles recherches sous le sceau du secret défense, étant donnée l'évidente possibilité d'émergence de technologies "proliférantes". De par les derniers échos que j'ai, la politique serait " plutôt que de risquer de voir se développer, via des applications civiles, des technologies sensibles proliférantes mieux vaut... ne rien faire du tout".

C'est le "attendons de voir", français, classique. Comme il y a 25 ans en MHD

Selon moi, en se polarisant sur les applications et les risques d'ordre stratégiques on est simplement... hors sujet. Un pays qui opterait pour le développement intensif d'armes thermonucléaires à fusion pure, sous le couvert du secret défense, au lieu de se poser en leader en matière d'investigations sur de nouvelles filières de production d'énergie électrique, ne ferait que rejoindre la vaste imbécilité planétaire. Un projet de Z-machine à visées civiles est non seulement envisageable mais urgent. Cela ne veut pas dire que le deux-temps à fusion soit immédiatement à portée de main. Il reste un certain chemin à faire, ne serait-ce que pour permettre à des réactions de fusion de démarrer et de s'entretenir après que cette température d'ignition ait été atteinte ( conditions de Lawson pour ce type de confinement, inertiel ). Si les Français démarraient un tel projet, celui-ci devrait en même temps faire école dans les différents pays européens, et même dans tous les pays du monde avec une conjugaison des compétences et un partage du savoir, sans restriction, dans une optique :

Energie sans Frontières

De plus il est difficilement envisageable de laisser des pays comme les USA ( et la Russie, la Chine, très avancés en matière de MHD ) se lancer seuls dans cette nouvelle voie, dans une optique hélas orientée vers la production de nouvelles armes, sans qu'aucun pays ne réagisse. Actuellement, les lobby Iter et Mégajoule voient d'un très mauvais oeil l'émergence possible d'une telle filière "outsider". Ils exercent une pression, visiblement efficace, sur les médias scientifiques et même sur des groupes de scientifiques pour que cette question soit passée sous silence. Ce phénomène ne concerne pas seulement la France mais tous les pays concernés par le projet Iter, et ils sont nombreux.


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