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Percée : une IA contrôle un plasma avec succès dans une expérience de fusion

fusion
Crédits : Curdin Wuthrich/SPC/EPFL

La fusion nucléaire par confinement magnétique, notamment en configuration tokamak, est une voie prometteuse vers une énergie durable. L’un des principaux défis relatifs à cette technique consiste à façonner et à maintenir un plasma à haute température dans la cuve. Sur ce point, l’IA pourrait faire la différence.

À l’œuvre dans le cœur des étoiles, le processus de fusion nucléaire consiste à fusionner des noyaux atomiques pour former des noyaux plus lourds. En conséquence, les étoiles libèrent une quantité phénoménale d’énergie (et brillent au passage). Depuis longtemps, des physiciens cherchent à reproduire ce processus stellaire à plus petite échelle dans des réacteurs, ici sur Terre. En maîtrisant la fusion, nous pourrions alors générer de l’énergie propre et durable.

Au cours de ces dernières années, d’incroyables progrès ont été réalisés vers cet objectif. Récemment, le réacteur à fusion Joint European Torus a notamment libéré un record de 59 mégajoules d’énergie. Toutefois, de nombreux défis subsistent encore. L’un de ces principaux obstacles est le contrôle du plasma instable et surchauffé dans le réacteur. Sur ce point précis, une nouvelle approche pourrait bientôt faciliter la tâche des scientifiques.

L’IA au service de la fusion

Dans un effort conjoint du Swiss Plasma Center (SPC) de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne et de la société de recherche en intelligence artificielle (IA) DeepMind, des chercheurs ont utilisé un système d’apprentissage par renforcement profond (RL) pour étudier les nuances du comportement et du contrôle du plasma à l’intérieur d’un tokamak à fusion.

Dans ces réacteurs en forme de beignet, on utilise en effet des bobines magnétiques placées autour pour contrôler et manipuler le plasma. Pour opérer avec succès, ces bobines nécessitent alors une quantité folle d’ajustements de tension subtils (des milliers de fois par seconde). Ainsi, pour soutenir les réactions de fusion nucléaire, des systèmes complexes et multicouches sont nécessaires pour gérer les bobines. Dans le cadre d’une étude, cependant, des chercheurs ont démontré qu’un seul système d’IA pouvait superviser le processus avec succès.

« Cette IA est, à mon avis, la seule voie à suivre »

Pour ces travaux, dont les résultats sont publiés dans Nature, les chercheurs ont formé leur système d’IA dans un simulateur de tokamak. Le système a ensuite « appris » par essais et erreurs comment naviguer dans les complexités du confinement magnétique du plasma. Formée, l’IA est ensuite passée au niveau suivant, appliquant ce qu’elle avait appris grâce au simulateur dans le monde réel. Pour ce faire, les chercheurs se sont tournés vers le SPC, l’un des rares centres de recherche au monde à posséder un tokamak en fonctionnement.

Dans le cadre de plusieurs expériences, les chercheurs ont alors découvert que leur système pouvait sculpter le plasma dans une gamme de formes différentes à l’intérieur du réacteur. Chacune de ces manifestations, si elles pouvaient être maintenues, pourrait proposer différents types de potentiel de récolte d’énergie à l’avenir.

« Il y a tellement de variables, et un petit changement dans l’une d’entre elles peut entraîner un grand changement dans le résultat final« , souligne le physicien Gianluca Sarri, de l’Université Queen’s de Belfast. « Si vous essayez de le faire manuellement, c’est un processus très long. « Cette IA est, à mon avis, la seule voie à suivre« .

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Visualisation de formes plasma contrôlées. Crédits : DeepMind/SPC/EPFL

La fusion nucléaire ne pourra promettre une source d’énergie propre et « inépuisable » que si nous maîtrisons la physique complexe qui se déroule à l’intérieur du réacteur. En ce sens, cette nouvelle étude marque un véritable changement de jeu.