Remous autour de la fusion froide !

Toute la communauté des ingénieurs et physiciens qui travaillent dans le domaine de la physique nucléaire considère que le phénomène appelé « fusion froide » est un mythe ou une pseudo-science.

Toute ? Non. Il existe une petite fraction d'irréductibles chercheurs qui poursuivent, souvent sur leurs propres deniers et malgré l'opprobre de leurs pairs et de leurs supérieurs, des recherches sur ce sujet controversé. Dans cet article nous nous attacherons à proposer les éléments de réponse de ces chercheurs aux critiques avancées par les sceptiques.

Affirmation n°1 : Dans les expériences dites de fusion froide on observerait un dégagement anormal de chaleur. En d'autres mots l'expérience produit plus d'énergie thermique qu'elle ne consommerait d'énergie électrique. Cela est impossible car l'énergie se conserve : au mieux vous ne pouvez obtenir qu'une énergie thermique égale à l'énergie électrique consommée. On ne peut pas produire de l'énergie à partir de rien !

Réponse : Il n'y a pas de création d'énergie à partir de rien. Pour expliquer ce processus on se sert d'un concept facile à visualiser : l'énergie potentielle. Voici une image : peut-on raser Chamonix avec un seul bâton de dynamite ? La réponse est oui. Chamonix est situé au pied du Mont-Blanc. Celui-ci est recouvert de neiges éternelles situées en haute altitude. Toute cette masse neigeuse a un potentiel de destruction très grand. Il suffit donc de faire exploser le bâton au bon endroit et de canaliser les avalanches ainsi produites sur les habitations pour raser la ville. L'énergie potentielle de la neige se sera transformée en énergie cinétique (énergie de mouvement) : l'énergie est conservée.

Dans le cas de la fusion froide l'énergie potentielle est d'origine nucléaire. Cet argument ne tient donc pas. De plus les réacteurs à fission de nos centrales nucléaires se servent de cette même énergie potentielle nucléaire. Apporter un peu d'énergie pour en récolter beaucoup n'est donc pas nouveau.

Affirmation n°2 : Les excédents de chaleur mesurés lors de ces expériences sont interprétés comme étant la conséquence de réactions nucléaires de fusion. Or la fusion nucléaire ne peut s'opérer que dans les étoiles (ou lors de l'explosion d'une bombe thermonucléaire) où il règne une température se chiffrant en centaines de millions de degrés. Au contraire les expériences de fusion froide sont effectuées à température ambiante. La condition essentielle de survenue d'une fusion nucléaire n'est donc pas satisfaite. Ces excédents de chaleur ne peuvent donc pas résulter d'une fusion.

Réponse : La température d'un corps dépend du degré d'agitation de ses constituants. Ainsi, en été les molécules qui composent l'air se déplacent plus vite qu'en hiver. Pourquoi est-il nécessaire de porter la matière à des millions de degrés pour provoquer cette fusion ? Pour une raison en vérité très simple : les noyaux atomiques se repoussent mutuellement et ce d'autant plus intensément qu'ils sont proches. Cependant, en les rapprochant suffisamment cette répulsion est dominée par une autre force à très courte portée appelée interaction forte . C'est un peu comme deux aimants que l'on essaierait de rapprocher et qui seraient recouverts de Velcros : tant que les aimants ne sont pas très proches les Velcros ne peuvent pas s'opposer à la répulsion des deux aimants. La difficulté est donc de rapprocher les noyaux jusqu'à ce que l'interaction forte prenne le relais et assure la fusion. La voie envisagée jusqu'à présent consiste à chauffer beaucoup (à des centaines de millions de degrés) ce qui revient à animer les noyaux d'une très grande vitesse. L'idée est connue de longue date et fait l'objet de projets très coûteux (Réacteur ITER).

Mais pourrait-on rapprocher les noyaux sans que ceux-ci soient portés à des températures aussi fantastiques ? Et bien la réponse pourrait être oui. Comment ? En fait l'astuce consisterait à prendre un chemin détourné. Pour pouvoir rapprocher les noyaux sans qu'ils ne se repoussent il faudrait pouvoir annuler la charge électrique de l'un d'entre eux. Pour réussir ce prodige il faut que le noyau neutralisé, en l'occurrence un noyau d'hydrogène, « avale » un électron. Ce processus s'appelle capture électronique des électrons de la couche K. Ce phénomène prédit par Hideki Yukawa, père fondateur de la théorie mésonique des forces nucléaires, et observé dès 1937 nous permet d'expliquer aujourd'hui la formation des naines blanches (étoiles de la masse du Soleil mais de la taille de la Terre). La capture électronique est un phénomène endothermique : il faut fournir de l'énergie pour qu'il y ait capture. D'où proviendrait donc cette énergie ? Dans le cas de la formation d'une naine blanche c'est l'énergie gravitationnelle de l'étoile qui, en s'effondrant sur elle même sous l'action de son propre poids, va fournir l'énergie suffisante pour contrecarrer la pression de dégénérescence quantique des électrons et ainsi autoriser la capture électronique qui transforme les noyaux d'hydrogène en neutrons (de charge électrique nulle).

Mais quel serait l'équivalent dans les expériences de fusion froide ?

Les modèles existants proposent, en gros, l'interprétation suivante :

1/ Lorsque l'hydrogène est absorbé il se retrouve emprisonné dans les mailles du réseau cristallin métallique.

2/ La poudre métallique imprégnée d'hydrogène est soumise à un « bain » d'ondes électromagnétiques dont les fréquences correspondent aux fréquences de résonance de ces grains métalliques (naissance et entretien de phonons qui font vibrer le cristal avec une amplitude très importante).

3/ Les atomes d'hydrogène emprisonnés voient périodiquement la taille de leur prison diminuer énormément : la densité d'énergie par unité de volume (autrement dit la pression) augmente en flèche.

4/ La pression au sein de la maille peut, localement, dépasser la pression de dégénérescence quantique des électrons et l'électron est absorbé par le noyau suivant la relation :

proton + électron → neutron + neutrino

5/ Le neutron (lent) ainsi créé va pouvoir aller, sans être repoussé, à la rencontre d'un autre noyau d'hydrogène et se faire capturer par celui-ci. L'hydrogène léger devient ainsi, par capture neutronique, un noyau de deutérium.

6/ L'opération se répète et, au fur et à mesure, on passe du deutérium (1 proton + 1neutron) à du tritium (1 proton + 2 neutrons) et enfin à du quatrium (1 proton + 3 neutrons). Chaque étape demande de l'énergie pour pouvoir être franchie.

7/ Le quatrium très instable va se désintégrer spontanément pour donner de l'hélium 4 en libérant beaucoup d'énergie. Le bilan global serait exo-énergétique.

8/ L'énergie est dissipée essentiellement sous forme de chaleur (en partie par effet Mössbauer ce qui correspond, très approximativement, à une multitude de diffusions Compton)

Remarque pour les lecteurs (très) avertis : Le modèle de la fusion quantique de Robert Godes (Président fondateur de la société américaine Brillouin Energy) - sur lequel est essentiellement basé cet article- fait partie des modèles les plus étayés circulant aujourd'hui sur internet. Il satisfait à la conservation de l'énergie et de l'impulsion et ne nécessite donc aucune nouvelle physique. Celui-ci s'appuie sur l'idée suivante : on considère qu'un seul atome d'hydrogène adsorbé au sein d'une maille du réseau métallique à symétrie tétraédrique (ou icosaédrique) constitue l'unité de base. L'atome d'hydrogène est donc dans un puits de potentiel dont les dimensions sont fixées par la taille de la structure cristalline du métal. L'évolution de ce système « moléculaire » est gérée par l'équation de Schrödinger dépendante du temps. L'hamiltonien présent dans cette équation comporte, outre les termes traditionnels coulombiens d'attraction et de répulsion, deux autres termes aux comportements très non linéaires lorsque le système est hors équilibre (ce qui est précisément le cas lorsque la structure cristalline du métal est parcourue par des phonons).Ces deux termes sont :

« L'énergie non liante » (ce sont les termes correspondant aux interactions de Van der Waals)

« L'énergie de confinement »qui tient compte des contraintes mécaniques imposées au système par

1/ l'adsorption de quantités importantes d'hydrogène au sein du réseau cristallin.

2/ le fait que des phonons traversent périodiquement le système.

Affirmation n°3 : Lors d'une réaction nucléaire de fusion impliquant de l'hydrogène il y a production de neutrons énergétiques, de rayonnement gamma et d'hélium. Or ceci n'est pas observé dans les réactions dites de fusion froide.

Réponse : Comme la réponse à l'affirmation n°2 le suggère le processus de fusion « chaude » traditionnel à 150 millions de degrés (ITER) deutérium + deutérium ne serait pas similaire à ce processus en plusieurs étapes de captures électroniques successives. Ceci dit il existe un parallèle puisqu'en définitive les produits de réaction (à savoir des neutrons et de l'hélium) sont les mêmes. Des neutrons énergétiques ont bien été détectés lors d'une réaction d'électrolyse de chlorure de palladium dans une solution d'eau lourde. Les neutrons ont été détectés à l'aide de tubes remplis d'un polymère (le CR-39) . Ces résultats ont été présentés par Pamela A. Mosier-Boss & Stanislaw Szpak (SPAWAR-Space and Naval Warfare Systems Center) en 2009 lors du 273ème congrès de la société américaine de chimie. Un article en français reprenant l'événement est disponible ici.

Un flux intermittent de rayonnement gamma significativement supérieur au rayonnement naturel (mais en dessous du seuil de dangerosité) a également été mesuré par le Pr Celani (professeur émérite de l'Institute Nazionale de Fisica Nucleare) lors d'un examen du réacteur E-cat de l'inventeur Andrea Rossi censé fonctionner en opérant des transmutations à froid qui transformerait le nickel en cuivre.

Quant à l'hélium 4, il semble bien avoir également été mis en évidence dans des quantités correspondantes aux excès de chaleur mesurés par, entre autres, le Pr Hagelstein du M.I.T (Massachusetts Institute of Technology).

Affirmation n°4 : Les excès de chaleur anormaux n'ont pas pu être reproduits par des laboratoires indépendants. L'effet rapporté peut s'expliquer facilement en considérant que les méthodes utilisées pour le mesurer sont très imprécises. Il n'y aurait donc aucun effet réel mais simplement des erreurs expérimentales.

Réponse : Cet argument est sans conteste celui qui est le plus communément avancé par les critiques. Non sans raisons car en effet, jusqu'à très récemment, le taux de reproductibilité était, pour les expériences les plus probantes, de l'ordre de 70%. De plus, l'effet était, encore jusqu'à très récemment, très discret. Mais aujourd'hui la liste des personnes et organisations crédibles ayant réalisé leur propres expériences et affirmant que ces réactions sont réelles et produisent un excès d'énergie ne fait que s’accroître. Nous pouvons citer, entres autres, les sources suivantes (la liste n'est pas exhaustive) :

Le Dr Joseph M.Zawodny (NASA)

http://www.youtube.com/watch?v=-xEtIDXrHGo

(Pensez à activer les sous-titres en français)

Le Pr Peter Hagelstein (M.I.T)

http://www.youtube.com/watch?v=ddGq-I_a1e0&feature=relmfu

Le Pr Robert Duncan (Université du Missouri)

http://www.youtube.com/watch?v=cgRiTphJRkg&feature=player_embedded

La Dr Pamela Mosier-Moss (US Navy San Diego)

http://www.youtube.com/watch?v=HbA6ZH8AiN4

Conclusion :

Les choses bougent beaucoup autour de la « fusion froide » ces temps-ci. Des acteurs industriels de premier plan comme Siemens, National Instruments, Mitsubishi, Toyota disent s'intéresser et travailler activement sur le sujet. Plusieurs sociétés (Leonardo Corporation, Defkalion Green Technologies et Brillouin Energy) s'apprêteraient à sortir un réacteur commercialisable pour les prochains mois. Alors ? Révolution imminente ou pétard mouillé ? Quoi qu'il en soit il est désolant (mais hélas compréhensible) de voir que le sujet reste l'objet d'un black-out total de la part des médias français.