Pour ce qui est de la fusion, la masse du noyau produit est inférieure à la somme des masses des noyaux légers d’origine. Or, en vertu de la célèbre loi établie par Albert Einstein « E=mc2 », la différence de masse est convertie en énergie. On peut notamment observer ce phénomène de fusion au sein des étoiles dans lesquelles une énergie colossale est libérée. Le phénomène de fusion nucléaire se différencie donc de celui de la fission nucléaire dans lequel un atome lourd se scinde en deux atomes plus légers avec un dégagement d’énergie nettement inférieur.
Le processus de fusion nucléaire ne peut avoir lieu que dans des conditions de température et de pression bien particulières. Plus précisement au coeur du Soleil, la pression est égale à 200 milliards de fois la pression atmosphérique terrestre et la température centrale atteint environ 15 millions de degrés. Dans ces conditions, les noyaux légers d’hydrogène (75% de la composition du Soleil) fusionnent en noyaux d’hélium (24%) approximativement deux fois plus lourds, créant ainsi la lumière et la chaleur que nous percevons sur Terre.
Les physiciens comptent obtenir la fusion de deux éléments très proches de l’hydrogène : le deutérium (élément présent dans l’eau et donc de ce fait en très grande quantité) et le tritium (peut être fabriqué à partir du lithium que l’on trouve dans la croûte terrestre (20 mg/kg) ou dans les océans (0,00018 mg/m3)), pour lesquels les conditions de fusion sont plus facile à atteindre qu’avec l’hydrogène lui-même. La fusion du deutérium et du tritium donne naissance à un noyau d’hélium, un neutron et à un fort dégagement de chaleur. L’hélium va continuer sa course dans le plasma et participer à maintenir une température suffisamment élevée pour que les réactions de fusion continuent.
Pour rappel le plasma est considéré comme le 4e état de la matière après les états liquide, solide et gazeux. Quand on arrive à de très hautes températures, les constituants de l’atome se séparent, noyaux et électrons se déplacent indépendamment et forment un mélange globalement neutre : c’est un plasma.
Les neutrons, quant à eux, vont venir percuter les parois du réacteur et les chauffer. Cette chaleur sera alors récupérée par un fluide, de l’eau par exemple, qui circulera derrière ces parois. Elle permettra ensuite, une fois transformée en vapeur, d’actionner des turbines et de produire de l’électricité.
En quantité requise, quelques grammes de combustible suffiront pour déclencher et entretenir les réactions de fusion. Une centrale à fusion aura ainsi besoin de 100 kg de deutérium et de 3 tonnes de lithium (contre 1,5 million de tonnes de charbon pour une centrale thermique) pour fonctionner toute une année.
Les propriétés de confinement du plasma (c’est-à-dire la qualité de la « cage magnétique ») sont obtenues en imposant une forme d’hélice aux lignes de champ magnétique. Cet enroulement est obtenu en superposant le champ magnétique fourni par des bobines entourant le plasma (les bobines magnétiques toroïdales) et celui fourni par un fort courant électrique circulant dans le plasma lui-même. Ce courant est induit dans le plasma par ‘effet transformateur’, le circuit primaire dudit transformateur étant la bobine magnétique centrale et le circuit secondaire le plasma.
