Depuis des années, les scientifiques tentent de résoudre l'obstacle technique consistant à reproduire la fusion nucléaire naturelle du Soleil. Cependant, réaliser la fusion sur Terre reste jusqu'à présent un défi insurmontable. Les chercheurs pensent que l'IA peut résoudre le problème de la fusion nucléaire et percer les secrets de réacteurs à fusion durables.
Des chercheurs du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton sont les premiers à démontrer comment l'intelligence artificielle peut être utilisée pour prédire et ainsi éviter des instabilités potentiellement catastrophiques dans un dispositif de fusion. Leurs travaux mettent en évidence la capacité de l'IA à guider le plasma et à réaliser un progrès significatif dans le développement de l'énergie de fusion, malgré un défi majeur.
Points forts : L’IA stabilise la puissance de fusion
- L’apprentissage automatique peut analyser rapidement les données, identifier des modèles et s’adapter pour améliorer le contrôle des réactions de fusion dans les stellarators et les tokamaks.
- L'IA a réussi perturbations magnétiques évitées qui déstabilisent le plasma de fusion dans deux réacteurs tokamak fonctionnant en mode de confinement élevé.
- Les chercheurs utilisent l’IA pour optimiser la conception des stellarators, accélérer les codes de physique complexes et rationaliser la modélisation des flux thermiques pour les tokamaks de nouvelle génération.
- Contrôle en temps réel réussi a été démontrée au réacteur de fusion tokamak DIII-D.
- Les modèles d’apprentissage automatique intégrés aux données expérimentales visent à révéler des méthodes optimales de confinement du plasma pour les réacteurs de fusion à l’échelle commerciale.
« Il existe des instabilités dans le plasma qui peuvent endommager gravement le dispositif de fusion. Nous ne pouvons pas nous permettre de telles instabilités dans une enceinte de fusion commerciale », a ajouté Egemen Kolemen . « Nos travaux font progresser le domaine et montrent que l'intelligence artificielle pourrait jouer un rôle important dans la gestion des réactions de fusion à l'avenir, en évitant les instabilités tout en permettant au plasma de générer un maximum d'énergie de fusion. »
Voir aussi : Helion Energy, soutenu par Sam Altman et Microsoft, s’apprête à percer le secret de l’énergie de fusion.
La solution IA : prédiction et prévention
Les chercheurs ont entraîné un système d'intelligence artificielle à partir de données issues d'expériences antérieures menées au DIII-D National Fusion Facility de San Diego. Ce système a ensuite permis de prédire les instabilités potentielles liées au mode de déchirure et les perturbations des lignes de champ magnétique qui permettent au plasma de s'échapper, jusqu'à 300 millisecondes à l'avance, lors d'expériences de fusion en direct.
Grâce à cet avertissement précoce, le contrôleur IA a ajusté les paramètres de fonctionnement clés tels que la forme du plasma et le chauffage d'entrée pour empêcher la formation d'instabilités et la perturbation du plasma.
« En tirant des enseignements d’expériences passées, plutôt qu’en intégrant des informations provenant de modèles basés sur la physique, l’IA pourrait développer une politique de contrôle finale permettant de maintenir un régime de plasma stable et de haute puissance en temps réel, dans un véritable réacteur », a déclaré Egemen Kolemen, professeur associé à Princeton et responsable de la recherche.
Surmonter la complexité grâce à l'IA
Même avec les supercalculateurs les plus puissants au monde, la modélisation précise de la dynamique turbulente et multi-échelle du plasma de fusion est complexe. Les chercheurs reconnaissent les défis liés à la mise à l'échelle et à la généralisation du contrôleur IA.
- De puissants champs magnétiques peinent à contenir le plasma surchauffé à plus de 100 millions de degrés Celsius dans les dispositifs tokamak en forme de beignet
- Instabilités provoquant perturbations dans les champs magnétiques et permettre au plasma de s'échapper. Cela a constitué un obstacle majeur à la combustion soutenue par la fusion.
- L’imitation des conditions du monde réel nécessite codes de calcul extrêmement complexes qui fonctionnent lentement même sur des supercalculateurs avancés.
- Équilibrer le compromis entre précision et vitesse lors de l'optimisation des codes à l'aide de modèles d'apprentissage automatique.
- Intégration de plusieurs codes de physique haute fidélité et de vastes ensembles de données expérimentales pour créer des simulations précises.
- Surmonter les instabilités telles que modes localisés aux bords qui peuvent endommager les composants des réacteurs commerciaux plus grands et plus chauds.
Libérer le potentiel de la fusion assistée par l'IA
Malgré les défis à venir, les chercheurs sont optimistes quant au rôle de l’IA dans les centrales à fusion commercialement viables pour générer une énergie propre abondante.
« À terme, il pourrait s'agir de plus qu'une simple interaction à sens unique entre scientifiques développant et déployant ces modèles d'IA », a déclaré Kolemen. « En les étudiant plus en détail, ils pourraient aussi nous apprendre certaines choses sur la physique sous-jacente. »
L'IA jouant un rôle de plus en plus important, les chercheurs pensent qu'elle peut résoudre les problèmes de fusion nucléaire. Ils souhaitent que la puissance de la fusion nucléaire puisse enfin s'exprimer pleinement sur Terre.
Source : Des ingénieurs utilisent l'IA pour exploiter l'énergie de fusion pour le réseau électrique.
