Des chercheurs viennent de résoudre un problème vieux de 70 ans pour l'énergie de fusion

Notamment, comment contenir les particules de haute énergie dans les réacteurs de fusion

Des chercheurs viennent de résoudre un problème vieux de 70 ans pour l'énergie de fusion, notamment, comment contenir les particules de haute énergie dans les réacteurs de fusion

Une équipe de scientifiques de l'université du Texas à Austin, du laboratoire national de Los Alamos et du groupe Type One Energy a réalisé une avancée majeure qui pourrait accélérer la mise en place d'une énergie de fusion pratique. Leur nouvelle méthode permet aux ingénieurs de concevoir des systèmes de confinement magnétique, notamment pour un type de réacteur appelé stellarator, dix fois plus rapidement que l'approche standard, sans perte de précision. Il s'agit d'une avancée considérable pour la recherche sur la fusion.

La consommation énergétique croissante de l'IA suscite de plus en plus de préoccupations. En 2024, une cadre d'Arm Holdings a déclaré que l'industrie devait rapidement trouver un moyen de réduire drastiquement les besoins énergétiques de l'IA. Elle a invité à adapter cette technologie émergente aux capacités actuelles en matière de production d'énergie pour l'empêcher de submerger les réseaux électriques dans un avenir proche.

Parmi les solutions, l'énergie de fusion permettrait de produire une énergie abondante, peu coûteuse et propre. Mais à condition que les scientifiques et les ingénieurs parviennent à produire une méthode fiable de production et de maintien de l'énergie de fusion. Récemment, cette solution s'est rapprochée de la réalité, car une équipe de chercheurs de l'université du Texas à Austin, du laboratoire national de Los Alamos et du Type One Energy Group a résolu un problème de longue date dans le domaine de l'énergie de fusion.

L'un des principaux obstacles au développement de l'énergie de fusion est la capacité à contenir les particules à haute énergie à l'intérieur des réacteurs de fusion. Lorsque des particules alpha de haute énergie s'échappent d'un réacteur, cela empêche le plasma de devenir suffisamment chaud et dense pour entretenir la réaction de fusion. Pour empêcher ces fuites, les ingénieurs conçoivent des systèmes de confinement magnétique élaborés, mais il y a souvent des trous dans le champ magnétique, et il faut énormément de temps de calcul pour prédire leur emplacement et les éliminer.

L'équipe de recherche explique avoir découvert un raccourci qui peut aider les ingénieurs à concevoir des systèmes de confinement magnétique étanches dix fois plus rapidement que la méthode de référence, sans sacrifier la précision. Bien que plusieurs autres défis majeurs restent à relever pour toutes les conceptions de fusion magnétique, cette avancée s'attaque au plus grand défi spécifique à un type de réacteur de fusion proposé pour la première fois dans les années 1950, appelé stellarator.


Un stellarator utilise des bobines externes transportant des courants électriques qui génèrent des champs magnétiques pour confiner un plasma et des particules de haute énergie. Ce système de confinement est souvent décrit comme une "bouteille magnétique". "Ce qui est le plus excitant, c'est que nous résolvons un problème ouvert depuis près de 70 ans", a déclaré Josh Burby, professeur adjoint de physique à l'UT et premier auteur de l'article. "Il s'agit d'un changement de paradigme dans la façon dont nous concevons ces réacteurs."

Il existe un moyen d'identifier les trous dans la bouteille magnétique en utilisant les lois du mouvement de Newton, ce qui est très précis mais prend énormément de temps de calcul. Pire encore, pour concevoir un stellarator, les scientifiques pourraient être amenés à simuler des centaines ou des milliers de modèles légèrement différents, en modifiant la disposition des bobines magnétiques et en itérant pour éliminer les trous - un processus qui nécessiterait en outre un temps de calcul prohibitif.

Pour gagner du temps et de l'argent, les scientifiques et les ingénieurs utilisent donc couramment une méthode plus simple pour déterminer approximativement l'emplacement des trous, à l'aide d'une approche appelée théorie des perturbations. Mais cette méthode est beaucoup moins précise, ce qui a ralenti le développement des stellarators. La nouvelle méthode repose sur la théorie de la symétrie, une autre façon de comprendre le système.

"Il n'existe actuellement aucun moyen pratique de trouver une réponse théorique à la question du confinement des particules alpha sans nos résultats", a déclaré Burby. "L'application directe des lois de Newton est trop coûteuse. Les méthodes de perturbation commettent des erreurs grossières. Notre théorie est la première à contourner ces écueils".

Cette nouvelle méthode peut également aider à résoudre un problème similaire mais différent dans un autre type de réacteur de fusion magnétique très répandu, le tokamak. Dans cette conception, il y a un problème d'emballement des électrons - des électrons à haute énergie qui peuvent percer un trou dans les parois environnantes. Cette nouvelle méthode peut aider à identifier les trous dans le champ magnétique où ces électrons peuvent s'échapper.

Est-ce que cette nouvelle méthode représente-t-elle donc la percée dans la fusion nucléaire que Sam Altman, PDG d'OpenAI, estime être la solution face aux besoins énergétiques croissants de l'IA ? L'avenir le dira. Toutefois, cette nouvelle méthode peut également aider à résoudre un problème similaire mais différent dans un autre type de réacteur de fusion magnétique très répandu, le tokamak. Dans cette conception, il y a un problème d'emballement des électrons - des électrons à haute énergie qui peuvent percer un trou dans les parois environnantes. Cette nouvelle méthode peut aider à identifier les trous dans le champ magnétique où ces électrons peuvent s'échapper.

Voici la présentation de l'étude :

Source : "Nonperturbative Guiding Center Model for Magnetized Plasmas"

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