La fusion nucléaire peut offrir une solution aux pénuries d'électricité imminentes. Cette forme de production d'énergie pose encore des problèmes. La fusion nucléaire nécessite des matériaux capables de résister à des températures allant jusqu'à 900 °C.
Un nouveau spectre hante depuis quelques années le paysage énergétique belge :la pénurie hivernale d'électricité. Sans de nouveaux investissements dans la production d'électricité, notre approvisionnement en électricité pourrait être menacé. Il est difficile d'imaginer une alternative qui, comme la fission nucléaire, soit toujours disponible et produise la même quantité d'énergie. La fusion nucléaire peut offrir la solution :en combinant des noyaux atomiques légers (et non en les séparant), une énergie encore plus grande est libérée, sans laisser beaucoup de déchets radioactifs à longue durée de vie. Pourtant, la fusion nucléaire n'est pas pour demain. L'un des obstacles est la demande d'un matériau capable de contenir la chaleur de la réaction nucléaire.
La fusion nucléaire nécessite des températures qui font que même le soleil ressemble à un endroit frais et ombragé :environ 100 millions de degrés. En comparaison :à l'intérieur du soleil, il ne fait « que » 15 millions de degrés. Aucun matériau sur Terre ne peut contenir une telle chaleur. Heureusement, les scientifiques russes des années 1950 ont trouvé une méthode simple mais ingénieuse pour ne jamais aller aussi loin. Ils ont utilisé des champs magnétiques pour piéger le flux de matière chaude, le plasma, dans le réacteur sans jamais toucher les bords. De cette façon, la paroi du réacteur ne devient pas plus chaude que 900°C. Parfois, une petite poussée du plasma provoque un pic de chaleur plus important. Le tungstène semble être le matériau le plus approprié pour résister à ces conditions. Il a la température de fusion la plus élevée connue de tous les métaux purs sur Terre, 3422°C. Malheureusement, le tungstène est également très fragile. En dessous de 900°C, le métal s'étire peu, après quoi il se fissure inexorablement.
Au cours de la recherche doctorale, le tungstène a été combiné avec deux autres métaux (à gauche). La structure la plus stable a été sélectionnée (au milieu), après quoi des propriétés telles que la résistance (en haut à droite) et la structure électronique ont été déterminées (au milieu à droite et en bas).
En réunissant ces trois critères, une tendance se dégage rapidement. L'ajout simultané de métaux de transition dits précoces et tardifs au tungstène, tels que l'hafnium ou le zirconium et l'argent ou le zinc, semble fournir un équilibre idéal entre résistance et flexibilité. Nous devons maintenant attendre que ces résultats soient confirmés par des expériences.
Dans mon travail de doctorat, j'ai étudié comment l'alliage, en ajoutant d'autres éléments au tungstène, peut atténuer cette fragilité. J'ai simulé l'influence sur la température de fusion et la fragilité du tungstène pour vingt éléments dans différentes proportions et combinaisons. De plus, il est également important que le prix ne fluctue pas trop.
