Qu’est-ce que le deutérium ?

En moyenne, on compte un atome de deutérium pour 6 420 atomes d’hydrogène. Les isotopes de deutérium se trouvent dans les molécules qui contiennent de l’hydrogène, y compris dans l’eau sous toutes ses formes, notamment celle présente dans notre corps. Chaque mètre cube d’eau de mer contient 33 grammes de deutérium, ce qui explique la forte concentration de cet isotope dans les océans.

L’eau est composée d’atomes d’hydrogène et d’oxygène, mais toutes les sources d’eau ne contiennent pas la même quantité de deutérium. En analysant cette variable, nous pouvons en savoir plus sur l’histoire et l’origine d’une masse d’eau. Le deutérium est donc un élément clé de l’hydrologie isotopique. Il peut aussi être utilisé à bien d’autres fins, notamment pour les évaluations nutritionnelles et comme combustible dans les futures centrales à énergie de fusion.

Le deutérium peut être tracé tout au long du cycle hydrologique, c’est-à-dire ses mouvements continus entre ciel et terre (voir infographie).

La composition en isotopes stables donne des informations sur l’origine de l’eau et son cycle. Par exemple, en mesurant les concentrations en deutérium et en isotopes de l’oxygène, les scientifiques peuvent déterminer l’âge des eaux souterraines, et calculer le temps nécessaire à leur réalimentation pour aider les décideurs à gérer et protéger au mieux leurs ressources en eaux. Pour en savoir plus, cliquez ici.

Les molécules de l’eau que nous buvons ont une signature ou « empreinte » naturelle de deutérium permettant de déterminer sa source. Cette signature se transmet tout au long de la chaîne alimentaire et se retrouve dans les matières organiques de différentes espèces. Elle permet par exemple de déterminer l’origine de l’eau présente dans les plumes et griffes des oiseaux en regardant la signature isotopique. En comparant la quantité de deutérium présente dans les matières organiques et les cartes des précipitations, les scientifiques peuvent déterminer avec précision la provenance d’un animal et sa trajectoire migratoire.

Grâce aux signatures isotopiques du deutérium et d’autres isotopes stables, on peut suivre les migrations des espèces et dresser des cartes migratoires des différents continents pour mieux protéger les zones de reproduction des animaux.

Le deutérium peut être utilisé pour améliorer les évaluations nutritionnelles, aider à déterminer si les gains ou pertes de poids sont en graisse ou en muscle, évaluer l’efficacité des campagnes de promotion de l’allaitement et évaluer le risque d’excès de vitamine A dans certaines populations. Les professionnels de la santé peuvent ainsi adapter leurs interventions et programmes de nutrition ou en élaborer de plus efficaces.

La technique de « dilution du deutérium » permet d’évaluer la composition corporelle, c’est-à-dire la proportion de graisse dans le poids d’une personne. L’eau présente dans notre corps contient une quantité naturelle de deutérium. Après avoir bu une petite quantité d’oxyde de deutérium, ou eau marquée au deutérium, on peut déterminer la concentration de deutérium dans la salive ou l’urine et la proportion de tissus adipeux dans le corps. Pour en savoir plus sur cette technique, cliquez ici.

Le deutérium permet également de déterminer la quantité de lait maternel consommée par les nourrissons et de savoir s’ils sont nourris exclusivement au sein. Pour en savoir plus sur la technique de la dose d’eau deutérée administrée à la mère, cliquez ici.

De plus, il est possible de marquer la vitamine A au deutérium pour établir un bilan vitaminique A précis.

La fusion nucléaire est le processus par lequel deux noyaux atomiques légers s’unissent en libérant une énorme quantité d’énergie. Ce processus, source d’énergie des étoiles, pourrait être une solution durable, rentable et sûre pour la production d’électricité sur Terre. Pour en savoir plus sur la fusion nucléaire, cliquez ici.

On prévoit d’utiliser un mélange de deutérium et de tritium (autre isotope de l’hydrogène, qui possède deux neutrons supplémentaires) pour reproduire la fusion stellaire dans les futures centrales à fusion.

Le tokamak ITER est conçu pour l’expérience de fusion la plus importante au monde. Il est en cours d’assemblage dans le sud de la France et sa mise en exploitation est prévue pour 2025. Son objectif premier est de produire une énergie nette à partir d’une réaction de fusion. L’étape suivante sera d’obtenir une production nette d’électricité. C’est là qu’interviennent les centrales de démonstration à fusion, dites « DEMO ». À terme, les réacteurs de fusion devraient générer une grande quantité d’énergie propre et durable, et constituer une possibilité de remplacement des sources d’énergie actuelles.

Pour en savoir plus, consultez le Bulletin de l’AIEA sur l’énergie de fusion.

• L’AIEA et l’Organisation météorologique mondiale gèrent le Réseau mondial de mesure des isotopes dans les précipitations, qui fournit des données sur les variations spatio-temporelles des isotopes utilisés à des fins d’inventaire, de planification et de mise en valeur des ressources en eau.
• La Plateforme de collaboration sur l’hydrologie isotopique permet aux utilisateurs d’interagir avec l’AIEA et d’accéder à des publications, logiciels, données de projets, tests en laboratoire et du matériel facilitant l’utilisation du deutérium et d’autres isotopes de l’hydrogène.
• En traçant les migrations des animaux à l’aide du deutérium, l’AIEA peut formuler des recommandations sur les stratégies de conservation.
• L’AIEA organise des formations, fournit du matériel et met à disposition son savoir-faire pour renforcer la capacité d’utilisation du deutérium à des fins d’évaluation nutritionnelle.
• L’AIEA contribue également à la recherche pour optimiser et mettre au point de nouvelles techniques fondées sur le deutérium.
• L’AIEA est à la pointe de la recherche-développement en matière de fusion. Elle facilite la coordination internationale et le partage des bonnes pratiques dans le cadre de projets menés dans le monde entier, organise des manifestations sur le sujet, telles que la Conférence sur l’énergie de fusion, encourage les discussions sur les DEMO, publie la revue Nuclear Fusion et collabore avec l’Organisation ITER.
• L’AIEA gère également le Système d’information sur les dispositifs de fusion, qui fournit des informations sur les dispositifs de fusion en service dans le monde, ainsi que des bases de données essentielles pour la recherche sur l’énergie de fusion.
• L’AIEA a mis en service son premier générateur de neutrons, un système qui produit des neutrons en fusionnant des atomes de deutérium. Compact, et souvent mobile, ce type de générateur peut être utilisé à plusieurs fins : analyse des éléments de divers échantillons et objets, essais non destructifs et neutronographie/tomographie neutronique, production de radiotraceurs, recherche fondamentale ou renforcement des capacités.
• Les publications sur l’utilisation du deutérium et les procédures d’analyse font partie du travail de renforcement des capacités des États Membres que mène l’AIEA.