Fusion nucléaire: cette pénurie de tritium qui pourrait tout gâcher
Le stock de tritium disponible devrait atteindre son maximum avant la fin de la décennie avant d'entamer son déclin.
Les chercheurs en fusion apprécient grandement le tritium pour sa capacité, lorsqu’il est combiné à haute température avec du deutérium, de déclencher une énergie propre et abondante. Problème, cette forme rare de l’hydrogène n’est pas illimitée.
Le tritium est la forme la plus rare de l’hydrogène. À 30 000 dollars le gramme, celui-ci est presque aussi précieux qu’un diamant. Un montant colossal qui vaut la peine d’être dépensé, si l’on en croit les chercheurs en fusion : combiné à haute température avec du deutérium, les deux gaz sont en mesure de brûler comme le Soleil. Dès lors que les scientifiques auront compris comment déclencher efficacement cette énergie, celle-ci devrait être propre et abondante. Une promesse alléchante, qui fait néanmoins face à des écueils de taille.
Les stocks de tritium vont fondre comme neige au soleil
Comme le détaille le magazine Science dans une analyse fleuve publiée dimanche 23 juin, le tritium, produit naturellement par l’interaction entre les rayons cosmiques et les gaz de la haute atmosphère, n’existe naturellement qu’à l’état de traces. Cet isotope, qui dispose d’une "demi-vie" de 12,33 ans – comprendre : il faut un peu plus de 12 ans pour que sa quantité d'origine se désintègre de 50 %, et ainsi de suite, jusqu’à ce que le tritium se soit transformé en hélium – est aussi produit en petites quantités par les réacteurs nucléaires… Mais peu les récoltent. Il est donc à craindre qu'il vienne à manquer au fil du temps.
Aujourd’hui, les scientifiques de la fusion sont nombreux à balayer ce problème d’un revers de la main, jugeant que les futurs réacteurs pourront produire le tritium dont ils ont besoin. Néanmoins, pour ce faire, un réacteur à fusion fonctionnel est indispensable. Or, le tritium pourrait ne pas être disponible en des quantités suffisantes pour relancer la première génération de centrales électriques. À l’heure actuelle, les seules sources commerciales au monde sont les dix-neuf réacteurs nucléaires Canada Deutérium Uranium (CANDU).
Le stock de tritium disponible, estimé à 25 kg, devrait atteindre son maximum avant la fin de la décennie. Puis, il entamera un déclin au fur et à mesure qu’il sera vendu et se désintégrera, précise la revue, qui se base sur les projections du plan de recherche 2018 du réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER). Lorsque les travaux d’ITER s’achèveront dans les années 2050, seuls 5 kg (ou moins) de tritium devraient subsister. Dans le pire des cas, "il n’y en aura pas assez pour satisfaire la demande de fusion", concède Gianfranco Federici, responsable de la technologie de fusion à l’agence de recherche EuroFusion.
Cette problématique doit absolument être prise au sérieux, estime Daniel Jassby, physicien des plasmas à la retraite du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL), cité par Science."[Une pénurie] rendrait impossibles les réacteurs à fusion deutérium-tritium."
Opérations irrégulières et explosions de plasma
La rareté du tritium n’est pas le seul défi auquel la fusion est confrontée. Certains experts se disent préoccupés par le fait que le tritium – qui n’a jamais été testé dans un réacteur à fusion – pourrait, en fin de compte, ne pas se révéler à la hauteur. L’ingénieur nucléaire Mohamed Abdou, de l’Université de Californie (Los Angeles), et ses collègues, ont récemment fait une découverte à ce sujet. Dans le meilleur des cas, un réacteur pourrait ne produire qu’un peu plus de tritium que ce dont il a besoin pour s’alimenter. Cette marge étroite risque d’être rongée par les arrêts prolongés pour maintenance et par les fuites. Le secteur doit apprendre à faire face à des dommages causés par les neutrons, à des explosions turbulentes de plasma ou encore à des opérations irrégulières.
Quelles solutions ?
Un certain nombre d’entreprises privées ont décidé de prendre le problème à bras-le-corps en concevant des réacteurs à fusion plus petits, moins coûteux à construire et qui, au moins dans un premier temps, nécessitent moins de tritium. Une autre manière de maîtriser la demande consiste à envoyer des pastilles de combustible gelées plus profondément dans la zone de combustion du réacteur. Là-bas, elles brûleront de façon plus efficace.
TAE Technologies, une start-up californienne, et Helion, une start-up basée dans l’État de Washington, ont quant à elles décidé de renoncer au tritium. La première envisage d’utiliser de l’hydrogène "simple" et du bore – un élément chimique présent à l’état naturel dans plus de 80 minéraux – tandis que la seconde va fusionner le deutérium et l’hélium-3, un isotope rare de l’hélium.
"L’existence de notre entreprise est due au fait que le tritium est rare et potentiellement nuisible", explique Michl Binderbauer, P.-D.G. de TAE, auprès de Science. En effet, les réactions de fusion alternatives ont pour avantage de produire des quantités de neutrons moindres que celles obtenues en combinant tritium et deutérium. Voire, aucun neutron. Une manière de se prémunir des risques de radioactivité et de contourner les dommages matériels inhérents à l'autre approche.