Fusion nucléaire : et si nos réacteurs produisaient accidentellement de la matière noire ?

Une surprise cachée dans les parois du réacteur ?

On nous présente souvent la fusion nucléaire comme le Saint Graal de l’énergie propre, une sorte de soleil en bouteille capable de nous sauver de la crise climatique. C’est beau, c’est prometteur… mais voilà qu’une théorie assez inattendue vient s’ajouter à l’équation. Des chercheurs américains avancent l’idée que ces immenses installations pourraient, presque par inadvertance, générer l’une des particules les plus insaisissables de la physique moderne.

Je parle ici des axions. Ce sont des particules hypothétiques qui, selon certains modèles, pourraient constituer la fameuse matière noire. Le plus fascinant dans cette histoire ? Ces particules ne viendraient pas du plasma surchauffé au cœur du réacteur, comme on pourrait logiquement le penser. Non, la source serait ailleurs. C’est la structure même du réacteur, ses parois physiques, qui en seraient l’origine. C’est une perspective qui change un peu la donne, vous ne trouvez pas ?

Quand les neutrons frappent le mur : mécanique d’une découverte

Alors, comment ça marche exactement cette histoire ? D’après l’étude menée par le professeur Jure Zupan de l’Université de Cincinnati (UC) dans l’Ohio, tout part des neutrons rapides. Imaginez un mélange de combustible de fusion classique : un noyau d’hélium reste piégé, mais un neutron, lui, s’échappe du plasma à toute vitesse. Ce fuyard transporte la majeure partie de l’énergie de la réaction. Résultat ? Les structures environnantes, les murs du réacteur si vous voulez, doivent encaisser un bombardement constant.

C’est là que ça devient technique, mais restez avec moi. Ces neutrons rapides vont percuter les métaux environnants et surtout le lithium. Pourquoi du lithium ? Eh bien, parce que les réacteurs doivent produire du tritium (un hydrogène radioactif à deux neutrons). Le tritium est rare dans la nature et a une demi-vie de seulement 12 ans, donc les concepteurs prévoient d’en « élever » en laissant les neutrons frapper du lithium.

Ces collisions violentes peuvent déclencher des processus nucléaires rares. Le professeur Zupan explique que la capture de neutrons peut laisser un noyau dans les parois (lithium ou acier) dans un état excité. Pour se calmer, si je puis dire, ce noyau doit relâcher de l’énergie via une transition nucléaire. Et c’est précisément ce processus qui pourrait émettre un axion. Il y a aussi un deuxième canal de production : quand les neutrons ne sont pas capturés mais simplement ralentis (on parle de diffusion), ils perdent de l’énergie et émettent un rayonnement de freinage, ce qui pourrait aussi donner naissance à ces particules.

Pourquoi c’est important ? Parce que la matière noire, bien qu’invisible, se trahit par la gravité. Les galaxies tournent beaucoup trop vite par rapport à la masse des étoiles visibles. Les meilleures mesures indiquent que la matière noire représente environ 84,4 % de toute la matière de l’univers. Si les axions sont la réponse, les produire ici, sur Terre, serait une avancée majeure.

Détecter l’invisible : un défi de taille et de distance

Le problème avec les axions, c’est qu’ils sont timides. Ils interagissent très faiblement avec la matière ordinaire, ce qui leur permet de traverser la plupart des blindages comme s’ils n’existaient pas. Pour espérer en attraper un, il faut donc ruser. La proposition actuelle repose sur l’idée que ces particules peuvent voyager sur plusieurs mètres. On parle de placer des détecteurs à environ 10 mètres (33 pieds) du cœur du réacteur.

La méthode de détection suggérée est assez ingénieuse : un grand réservoir d’eau lourde. L’eau lourde est fabriquée avec du deutérium au lieu de l’hydrogène classique. L’idée est que si un axion percute un noyau de deutérium, il pourrait briser la paire en libérant un proton et un neutron libres. C’est une signature claire, car on peut compter le neutron sortant et suivre le proton. Simple sur le papier, non ?

Mais attention au bruit de fond. Le plus gros obstacle, ce sont les neutrinos solaires, ces minuscules particules créées au cœur du Soleil, qui peuvent aussi briser le deutérium. Pour faire la part des choses, il faudrait comparer les taux de détection quand le réacteur fonctionne et quand il est à l’arrêt.

C’est drôle, ça me rappelle un passage de la culture pop. Dans la saison 5 de The Big Bang Theory, on voyait des équations sur les axions griffonnées sur des tableaux blancs en arrière-plan. Le professeur Zupan a noté avec un brin d’ironie que les maths de la série se concentraient sur le Soleil, ratant complètement les réactions dans les murs du réacteur. C’est pourtant là, selon lui, que réside l’avantage de sa proposition.

Conclusion : Vers une double vie pour les futurs réacteurs ?

Bien sûr, il faut garder la tête froide. Il y a des limites à cette théorie. Les estimations actuelles reposent parfois sur des mises à l’échelle rapides, car on n’a pas encore cartographié toutes les réactions nucléaires exactes dans les matériaux des parois. Il faudra des simulations bien plus précises, spécifiques à chaque réacteur, pour savoir où les neutrons ralentissent et quels atomes ils frappent.

L’avenir nous dira si cette piste est la bonne. Le site du réacteur expérimental thermonucléaire international, mieux connu sous le nom d’ITER, actuellement en construction dans le sud de la France, montre l’échelle titanesque de ces machines. ITER testera des technologies clés comme la production de tritium. Si les ingénieurs parviennent à réserver un peu d’espace à proximité pour des détecteurs, ces installations de classe ITER pourraient avoir une double casquette : producteurs d’énergie et laboratoires de physique des particules. Ce serait un moyen élégant de tester directement un candidat à la matière noire sans perturber la mission énergétique principale.

En attendant que des simulations plus poussées confirment ou réfutent cette hypothèse publiée dans le Journal of High Energy Physics, on peut rêver un peu. Qui sait ? La réponse à l’un des plus grands mystères de l’univers se cache peut-être dans les murs de nos futures centrales.

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.