Fusion froide
(ou Science Nucléaire de la
Matière Condensée
La petite histoire
Comprendre simplement
Domaines de présence
Son interprétation dans l'avenir
Les références
Mais encore …
by Pepe ©
 
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La petite histoire  Up Page
Historique
Le chimiste allemand Friedrich Paneth, qui annonça en 1930 avoir transformé pour la première fois de l'hydrogène en hélium, dut-il se rétracter rapidement: la porosité des parois de ses tubes en Pyrex suffisait en réalité à expliquer ses résultats, l'hélium étant naturellement présent dans l'air ...
 
Réalisée en 1989, l'expérience de Pons et Fleischmann était plus aboutie. Son principe ? Comprimer du deutérium (isotope de l'hydrogène) dans un morceau de métal poreux, le palladium, grâce à une électrolyse: à l'aide d'un courant électrique généré entre une cathode en palladium (chargée négativement) et une anode en titane (chargée positivement), ils obligent une solution contenant du deutérium à se décomposer. Le deutérium s'agglutine alors dans le palladium.
Et, selon Pons et Fleischmann, à partir d'une certaine concentration, comme s'ils se trouvaient trop serrés dans leur enceinte de palladium, les noyaux de deutérium fusionnent entre eux pour former de l'hélium 4 (deux protons et deux neutrons), tout en dégageant de la chaleur. Et même beaucoup de chaleur: davantage que de l'énergie dépensée en électricité !
Cependant cette exprérience avait un défaut majeur: elle n'était pas systématiquement reproductible. Les équipes chargées de recommencer l'expérience n'obtinrent pas les résultats annoncés.

Comprendre simplement  Up Page
Réussite italienne
Antenella De Ninno, qui travaille à l'Enea ( Ente per le Nuove Tecnologie, l'Energia e l'Ambiante), le centre national de recherche nucléaire italien, installé à Frascati, à côté de Rome, "Nous nous sommes intéressés à la fusion froide dès 1989, par curiosité, juste après l'expérience de Pons et Fleischmann", raconte la physicienne italienne. Qui tente dans un premier temps de comprimer du gaz dans du titane pour provoquer la dusion ... sans résultats probants. Il n'empêche: elle persuade l'Enea en 1998 de soutenir une expérience sur le palladium, qui s'est terminée fin 2002.
Son principe est d'utiliser une cathode en palladium dotée d'une géométrie bien particulière, quasi unidirectionnelle, c'est-à-dire réduite à un très fin fil.
 
Au Conservatoire national des arts et des métiers (Cnam), à Paris, Jacques Dufour tente lui aussi de mettre au point l'indubitable expérience. Ancien directeur des relations scientifiques de la compagnie pétrolière anglo-hollandaise Shell (qui a participé au financement de ses recherches), cet ingénieur a été accueilli dans le laboratoire des sciences nucléaires du Cnam pour se consacrer à des décharges électriques dans une tige de palladium baignant dans un gaz d'hydrogène.
Et lui aussi obtient des excès de chaleur et des transmutations: il observe de l'hélium, mais aussi des éléments probablement issus de la fission du palladium, comme le fer ou le nickel. Mais la détection de ces élements restant délicate et facilement sujette à caution.
Des expériences sur le palladium sont aussi réalisées par Yoshiaki Arrata, à l'université d'Osaka, au Japon, ou par une équipe de la Royal Navy, basée à San Diego, aux Etats-Unis. En Russie, Leonid Ouroutskoïev, de l'institut Kourtchatov à Moscou fait, lui, exploser des feuilles de titane dans l'eau à l'aide d'un fort courant électrique, pour constater l'apparition d'aluminium, de silicium, de calcium, de fer, de sodium ... et d'un rayonnement étrange qui apparaît au-dessus du récipient. L'institut de recherches nucléaires de Doubna a pourtant bel et bien confirmé ces étranges résultats. Encore plus fascinant: le même institut Kourtchatov aurait tout simplement réussi à transmuter du plomb en or ...
Ces chercheurs font preuve d'une grande inventivité lexicale pour décrire leurs travaux: le terme d'alchimie étant clairement à proscrire et celui de "fusion froide" par trop suspect depuis Pons et Fleischmann, ils parlent plus volontiers de CMNS (Science nucléaire de la matière condensée), de LENR (réactions nucléaires à basse énergie), ou encore de CANR (réactions nulcéaires chimiquement assistées).
 
"Accepter l'idée de la fusion froide nécessite une bonne connaissance de la théorie quantique des champs, c'est-à-dire la mécanique quantique appliquée aux champs (notamment au champ électromagnétique), une discipline complexe qui est très mal comprise des physiciens, surtout quand elle s'applique à la matière solide. Ils sont persuadés que la physique quantique ne s'applique qu'aux particules isolées, alors que c'est bien plus général", explique l'électrochimiste britannique Martin Fleischmann.

Domaines de présence  Up Page
Début d'explication théorique
Même si leurs résultats sont de plus en plus probants, il laur faudra, par exemple, détailler comment l'hydrogène inséré dans un cristal de palladium peut se transformer en hélium à température ambiante. Une question cruciale pour donner une légitimité scientifique à des phénomènes qui laissent encore largement perplexe. Mais est-il seulement possible d'intégrer dans le corpus théorique ce que la plupart des physiciens, sceptiques, ne se privent pas d'appeler des "miracles" ?
Trois miracles, même, si l'on reprend l'expérience à "la Pons et Fleischmann" du deutérium, un élément aparenté à l'hydrogène dont le noyau comprend un proton et un neutron. Le premier miracle ? Les deux noyaux qui fusionnent passent allégrement la terrible "barrière coulombienne" qui devrait les repousser loin l'un de l'autre, les deux étant de charge positive. Deuxième miracle: cette fusion produit toujours un noyau unique d'hélium 4, constitué de deux protons et de deux neutrons, alors qu'à haute énergie, elle laisse presque toujours un proton ou un neutron libre. Troisième miracle: quand de l'hélium 4 est produit malgré tout en fusion chaude (une fois sur cent mille), il s'accompagne de rayons gamma d'une énergie bien déterminée (23,8 mégaélectronvolts), que l'on ne détecte pas eun fusion froide. En leur temps, Pons et Fleischmann ne purent expliquer ces mystères.
 
Enjeux
Pour faire admettre la validité de leurs travaux, les chercheurs en réactions nucléaires à basse énergie doivent aujourd'hui relever un sérieux défi: les expliquer théoriquement. Car si les "preuves expérimentales" sont déterminantes pour faire accepter un phénomène, est est tout nécessaire d'en trouver une explication dans le corpus des lois physiques. C'est le propre d'une discipline scientifique en pleine gestation: il est indispensable que l'expérience et la théorie se nourrissent l'un de l'autre. Ce n'est qu'alors qe pourront être envisagées des applications concrètes.
 
Interprétation théorique
Une des plus réputées est celle de Giuliano Preparata, un physicien italien de l'université de Milan, qui a travaillé sur la question jusqu'à sa mort en 2000, avec Antonella De Ninno de l'Enea. Selon cette thèse, que soutient aujourd'hui aussi Martin Fleischmann, il faut en passer par la très complexe théorie quantique des champs, qui conçoit les interactions elles-mêmes en termes de particules. Sous certaines conditions (en présence d'un champ électromagnétique notamment), les équations quantiques qui régissent les atomes de palladium du cristal pourraient en effet laisser émerger un étrange comportement: tous les électrons des atomes de ce cristal pourraient se mettre à vibrer à l'unisson, jusqu'à ne plus former qu'une seule et même onde de matière. Les noyaux de deutérium qui s'accumulent dans les interstices du cristal ne se comporteraient alors plus comme des individus isolés, mais vibreraient eux aussi en cohérence pour ne former à leur tour qu'une seule onde.
Une théorie qui doit encore être développer pour englober les transmutations des autres élements chimiques, plus complexes, mais qui semble d'ores et déjà capable d'expliquer les trois miracles. De fait, le bain d'électrons négatifs pourraient ici suffisamment diminuer la répulsion entre les noyaux (et donc la hauteur de la barrière coulombienne du premier miracle) pour autoriser la fusion.

Son interprétation dans l'avenir  Up Page
Fusion muonique
Cependant, si certains proposent des versions proches de celle de Preparata, liée à des phénomènes de cohérence, comme Peter Hagelstein, physicien au Massachussetts Institute of Technology (MIT), d'autres s'en écartent complètement. Une piste différente propose, par exemple, que les électrons restent attachés à leur noyau lors du processus de fusion, et y participent même activement, comme ce que l'on observe en "fusion muonique". C'est l'idée de Jacques Dufour et Jacques Foos, du Cnam. Selon eux, à l'intérieur d'un solide et en présence d'un champ électromagnétique intense, l'électron, qui est normalement en orbite à 0,05 nanomètre autour du noyau d'hydrogène, se rapproche considérablement de celui-ci, formant ce qu'ils appellent un "hydrex", un atome d'hydrogène "retréci". Pour une particule un peu lointaine, cette promiscuité entre le noyau positif et l'électron négatif fait ressembler l'hydrogène à un neutron, ce qui diminuerait largement la barrière coulombienne ... Sans spéculer sur ce qui se passe précisément à petite échelle, les chercheurs du Cnam pensent que la présence de ces hydrex au sein du cristal déclenche les réactions nucléaires et résout les trois miracles.
Théories des monopôles magnétiques légers
Dans un tout autre registre, le physicien français Georges Lochak, ancien collaborateur du prix Nobel Louis de Broglie, croit, lui, en sa théorie des "monopôles magnétiques légers", une théorie née au dabut des années 1980 à partir de l'étude de l'équation de Dirac, l'équation quantique de base pour décrire l'électron. Selon Georges Lochak, cette équation laisse en effet entrevoir l'existence d'une nouvelle particule, qui serait en magnétisme ce qu'est l'électron pour l'électricité, une étrange particule magnétique à un seul pôle, un pôle nord unique ou un pôle sud unique. "Un monopôle magnétique qui pénètre dans un noyau pourrait le déséquilibrer et le faire transmuter", avance-t-il ...
Si cette idée n'a guère trouvé d'écho en France, elle intéresse en revanche fortement le physicien Leonid Ouroutskoïev, qui travaille sur les transmutations à basse énergie à l'institut de Moscou. En faisant exploser des feuilles de titane dans l'eau pour les transmuter, il a décelé des traces étranges sur les émulsions photographiques qui pourraient correspondre à ces fameux monopôles ! Des observations qui semblent confirmées lors de toutes récentes expériences réalisées à l'université de Kazan, en Russie, au début du mois de mars 2004 ...
 
Des muons pour la fusion
Selon Jean-Paul Bibérian, maître de conférences à l'université de Marseille, il existe aujourd'hui des expériences de transmutations à l'intérieur du vivant beaucoup plus probantes. Le physicien a ainsi cultivé des bactéries marines et soutient que celles-ci prduisent jusqu'à 18 nouveaux éléments (chrome, fer, cobalt, nickel, cuivre, zinc, argent, plomb, etc.) aux dépens du potassium, du calcium, du magnésium, du sodium et du soufre présents dans leur milieu de culture d'origine ...
Il a par ailleurs observé, au cours d'autres expériences, que la teneur en mercure du blé décroît de moitié pendant la germination. Et ce n'est rien à côté de celle de l'avoine qui diminue d'un facteur 20 !
Pour Vladimir Vysotskii, physicien à l'université de Kiev, en Ukraine, la transmutation naturelle est même une piste technologique sérieuse pour la décontamination nucléaire: il prétend avoir démontré la possibilité d'utiliser les transmutations dans les cultures microbiologiques pour éliminer les déchets nucléaires hautement radioactifs. Le problème, c'est qu'il est difficile de se faire une idée objective sur la validité de ces expériences.
 
L'existence de transmutations dans l'atmosphère justifierait, par exemple, la distribution anormale des isotopes de l'oxygène (atomes d'oxygène comportant un nombre différents de neutrons dans leurs noyaux) observée dans la couche d'ozone. Cela éclairerait aussi certaines données de cosmochimie encore obscures, comme les différences entre les compositions isotopiques relevées sur des météorites et celles relevées sur Terre: ces morceaux de matière venus de l'espace produisent des données qui ne correspondent pas aux connaissances actuelles sur la nucléosynthèse, la science de la formation ds noyaux atomiques dans l'Univers.
Les physiciens parlent même à ce propos de FUN pour Fractionation and unknown nuclear effect. Ces "effets nucléaires inconnus" ne correspondraient-ils pas à ces fameuses réactions nucléaires à basse énergie ?
Autre exemple de question sans réponse: la datation au carbone 14, qui utilise la composition isotopique du carbone, donne lieu à des polémiques, comme lors de l'évaluation de l'âge des peintures rupestres de la grotte Chauvet. La majorité des physiciens _ même à l'intérieur de la petite communauté pratiquant les réactions à basse énergie _, ne croient pas en ces recherches. "Les transmutations à basse énergie nécessitent des conditions très particulières, qu'on ne trouve pas spontanément dans la nature", souligne Jacques Foos, physicien au Conservatoire national des arts et métiers. "Notamment des champs électromagnétiques suffisamment puissants".

Les références  Up Page
Réseau Pepe
Science & Vie février 1990 n°869
 
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Je crois que, si les êtres humains que nous sommes ne parviennent pas toujours à évoluer comme ils le souhaiteraient _à s'épanouir professionnellement, sentimentalement et sexuellement (ce que j'appelle les trois pôles d'intérêts) c'est parce qu'il y a des barrages qui entravent leur désir d'accéder à un rêve inachevé. Je pars du principe que tout est possible, à condition de s'entourer de gens qui nous poussent à croire en nous.
 
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Ce que vous avez toujours voulu savoir
Dans les années 1940, Andreï Sakharov avait prédit la fusion à température ambiante.
Andreï Sakharov n'est pas envoyé au front, en 1942, mais se retrouve comme ingénieur dans une usine d'armement de la Volga. Il a alors 21 ans. C'est de ce moment que datent ses premiers articles scientifiques. L'un d'eux propose d'évaluer l'épaisseur du revêtement des balles de fusil !
Mais, ce qui l'attire, c'est la physique nucléaire qui est une discipline de pointe. Au cours de de cette même année, Sakharov s'inscrit à l'Institut de physique Lebedev de Moscou pour y préparer un doctorat. Son directeur de thèse est le Pr Igor Tamm, physicien de renom et futur prix Noble qui ne tarde pas à découvrir les qualités exceptionnelles du nouvel élève: "Sakharov possède, dit-il, une caractéristique merveilleuse. Il porte su tout phénomène un regard neuf, même s'il a été étudié vingt fois et si sa nature a été établie autant de fois. Sakharov examine chaque chose comme s'il avait devant lui une feuille de papier vierge, et il fait ainsi des découvertes étonnantes."
Igor Tamm décide de l'associer à ses recherches (novembre 1947). Or, il se trouve que Tamm et son équipe travaillent à un projet ultra-secret: la mise au point de la bombe atomique soviétique (bombe "A" puis "H").