Le problème énergétique. Fusion nucléaire.

Presque tout le monde connaît Marie Curie (ou en a entendu parler ou lu quelque chose à son sujet). À une époque où la science était pratiquement interdite aux femmes, cette Française d'origine polonaise (Varsovie, 1867) s'est fait connaître grâce à la découverte de la radioactivité, obtenant deux prix Nobel pour cela : celui de physique en 1903 et celui de chimie en 1911.

Avec son mari (Pierre), ils furent des pionniers dans l'étude des éléments radioactifs tels que le radium et le polonium (à l'époque, il était déjà connu que l'uranium émettait des radiations et que les rayons X avaient été découverts par Wilhelm Röntgen). Ensemble, ils ont jeté les bases de l'étude du phénomène que nous appelons la radioactivité, c'est-à-dire la libération d'énergie d'un noyau atomique en décomposition. Sa contribution scientifique fut telle qu'elle est connue comme "la mère de la physique moderne".

Cependant, ce fut une autre femme qui découvrit l'application pratique la plus importante ou la plus pertinente du phénomène de la radioactivité, du moins jusqu'à nos jours. Il s'agit de Lise Meitner, une Autrichienne d'origine juive (Vienne, 1878), considérée comme la mère de la bombe atomique en raison de ses découvertes dans le domaine de la fission nucléaire. Toutefois, pour être juste, il faut dire qu'elle n'a jamais voulu participer à des expériences liées à ce domaine. En effet, elle a refusé de collaborer au projet Manhattan avec les Alliés. Il faut noter qu'elle a vécu la Seconde Guerre mondiale du côté nazi, et en tant que juive, elle a dû fuir pour sauver sa vie.

Il va sans dire que les plus grandes réalisations scientifiques se produisent souvent dans l'industrie militaire. L'explication est simple : c'est un secteur stratégique qui reçoit de nombreux financements. Il ne s'agit que d'une question de temps avant que d'autres applications n'émergent pour bénéficier à la société civile, mais initialement, l'impulsion principale pour développer une nouvelle technologie ou découvrir de nouveaux matériaux vient du domaine militaire. Les avancées en physique nucléaire dans la première moitié du XXe siècle ont été soutenues par les grandes puissances de l'époque dans leur quête d'obtenir la bombe atomique.

Malheureusement, Meitner n'a pas reçu la reconnaissance qu'elle méritait. Contrairement à Marie Curie, elle n'a jamais été autant valorisée et reconnue, mais ses réalisations et découvertes sont, sans aucun doute, au même niveau que celles de Madame Curie.

Pour terminer avec le projet Manhattan, il convient de dire que les États-Unis ont pris de l'avance sur tous les autres et ont changé le cours de la guerre en lançant leurs deux premières bombes nucléaires. "Little Boy" sur Hiroshima le 6 août 1945 et "Fat Man" sur Nagasaki le 9 août de la même année. La première était une bombe à l'uranium avec une puissance nominale de 16 kilotonnes, tandis que la seconde était une bombe au plutonium avec une puissance de 25 kilotonnes. Pour donner une idée, un kilotonne correspond à l'énergie libérée par l'explosion de mille tonnes de TNT.

Heureusement, ces bombes n'étaient pas très avancées et l'efficacité des explosions fut très réduite. En effet, il est estimé que le matériel fissile n'a atteint même pas 2 % du total, heureusement, car malgré cela, elles ont causé des ravages, provoquant la reddition immédiate de l'empire japonais.

Mais qu'est-ce que la fission nucléaire ? Nous savons que toute matière est composée de molécules, qui sont elles-mêmes des unions d'atomes, les plus petites portions de matière pouvant encore conserver leurs propriétés chimiques. Ainsi, nous pouvons classer la matière en éléments purs, qui forment le tableau périodique, et en éléments composés, qui sont la majorité des matériaux qui nous entourent au quotidien.

Eh bien, si nous nous concentrons sur les éléments purs, il existe des atomes dont les noyaux sont très stables et difficiles à rompre, mais d'autres sont tout le contraire. Ce sont ces éléments que nous connaissons sous le nom de substances radioactives, et si nous sommes capables de les diviser en atomes plus petits en brisant leur noyau original, nous libérons une grande quantité d'énergie.

Le premier problème de ce processus est qu'il déclenche une réaction en chaîne qu'il faut savoir contrôler si l'on veut exploiter ce phénomène physique sans que le processus ne tourne au désastre. Le deuxième problème est que le matériau résiduel, les nouveaux atomes, sont extrêmement instables et dangereux pour les êtres vivants, et cela peut durer des milliers d'années. Il est donc impératif de les traiter correctement.

Malgré ces problèmes, la fission nucléaire s'est avérée être la forme de production d'énergie la plus efficace et la moins chère parmi celles que nous connaissons. Bien qu'il existe un risque potentiel de contamination radioactive (Tchernobyl, Fukushima...) et que les déchets doivent être correctement gérés, on peut en quelque sorte la considérer comme une énergie propre, contrairement à celles dérivées de combustibles fossiles (charbon, gaz et pétrole), qui libèrent des gaz polluants dans l'environnement.

Mais les temps changent. Notre planète supporte de plus en plus d'habitants et nos besoins énergétiques augmentent sans cesse. Nous tentons d'améliorer l'efficacité de nos moyens de transport, de nos processus industriels, l'habitabilité de nos foyers, etc., mais cela ne suffit pas. Notre demande énergétique continue de croître, et malgré tous nos efforts, nous ne sommes pas en mesure de satisfaire ces besoins uniquement avec des sources d'énergie renouvelables. L'hydroélectricité est limitée par la capacité des réservoirs, et cela dépend des précipitations et de leur capacité de stockage. L'énergie éolienne dépend de la météo, et pour l'instant, nous ne sommes pas capables de stocker sa production. L'énergie solaire, qu'elle soit thermique ou photovoltaïque, apparaît comme une option de plus en plus intéressante et continue de se développer, mais reste insuffisante. La géothermie n'est pas possible dans la plupart du monde, car elle nécessite des zones volcaniques. Il existe d'autres sources, comme l'énergie marémotrice, mais elles sont encore en phase expérimentale.

Nous devons donc encore recourir aux combustibles fossiles, mais leurs gisements sont limités et leur exploitation est hautement polluante. Bien que l'on parle depuis des années de la fin des réserves de gaz et de pétrole, de nouveaux gisements continuent d'être découverts, ou de nouvelles technologies permettent d'exploiter ceux auparavant inaccessibles ou non rentables.

Cependant, il existe une autre source d'énergie, théoriquement inépuisable, avec une capacité de production d'énergie extraordinaire. Il s'agit de la fusion nucléaire. Un exemple de ce processus se trouve au-dessus de nos têtes. Chaque jour, nous pouvons regarder le ciel et voir comment, depuis le centre de notre système planétaire, une étoile que nous appelons Soleil nous envoie une quantité d'énergie (la constante solaire) à l'atmosphère de 1 630 W/m².

Contrairement à la fission nucléaire, où la division de l'atome est obtenue en "bombardant" le noyau avec des neutrons pour initier une réaction en chaîne qui doit être contrôlée, la fusion nucléaire consiste à obtenir des noyaux plus lourds en fusionnant deux noyaux plus légers. Concrètement, on utilise généralement des noyaux de deutérium et de tritium (isotopes stables de l'hydrogène présents dans la nature) pour obtenir un atome d'hélium, libérer un neutron et une grande quantité d'énergie. Cependant, bien que le bilan énergétique final soit une grande quantité d'énergie nette, pour démarrer le processus, il faut un apport énergétique important. Il est nécessaire de porter la matière à un nouvel état (nous connaissons les états gazeux, liquide et solide). Il s'agit de l'état plasmatique, un état fluide similaire à l'état gazeux, mais dans lequel les particules subatomiques qui composent les noyaux ne sont plus liées, permettant ainsi de les "reconfigurer" en créant de nouveaux atomes de substances différentes.

Ce n'est pas un concept facile à comprendre. Les forces électromagnétiques jouent ici un rôle important, et nous parlons de plusieurs types de plasma. Cependant, il s'agit d'un état "intermédiaire" dont nous avons besoin pour mener à bien notre processus, et où des températures extrêmement élevées, difficiles à atteindre, sont requises.

Cela fait des années que les études théoriques suggèrent que la fusion nucléaire sera l'énergie du futur, mais il nous reste encore de nombreux problèmes techniques à résoudre pour lesquels nous n'avons pas encore développé les technologies nécessaires. Pourtant, il y a quelques jours, une collaboration entre une entreprise privée, financée par Bill Gates et Jeff Bezos, et le prestigieux MIT (Massachusetts Institute of Technology) a annoncé que d'ici 2025, ils disposeraient du premier réacteur commercial de fusion nucléaire. Ce serait une nouvelle fantastique si cela se confirme, mais avec ces personnalités à la tête du projet, je pense qu'il s'agit plus d'un souhait que d'une réalité. Ce que j'ai du mal à comprendre, c'est que le MIT, en tant qu'institution, fasse de telles déclarations s'ils n'ont pas quelque chose de concret qui justifie un tel optimisme. J'imagine donc qu'à cette date, nous serons assez proches de l'objectif.

L'essentiel est qu'il y a une course pour être le premier à accéder à cette source d'énergie. Celui qui y parviendra remportera un double prix, en prestige et en argent, et dans toutes les courses, les participants avancent à pleine vitesse pour y arriver le plus vite possible.

Nous vivons une nouvelle révolution technologique (la quatrième), et il est possible que nous n'en soyons pas pleinement conscients parce que nous la vivons en temps réel. Le problème, comme toujours, est l'adaptation. Toute révolution implique des changements importants, et nous vivrons ces changements différemment selon la manière dont ils affecteront nos vies. Même si la révolution est technologique, elle sera également industrielle et comportera un aspect social. Comme je l'ai dit à d'autres occasions, je suis de nature optimiste, et j'aime à penser que nous sommes sur le point de terminer un cycle et d'en commencer un autre, qui sera sans aucun doute meilleur...