En mettant au point un système hybride, la société révolutionne les processus de fusion en permettant des opérations plus stables et plus efficaces.
Laurence Kayl (Fedil)
[Cet article fait partie d’une série de contenus développée en collaboration avec la FEDIL, présentant comment l’intelligence artificielle contribue à la transformation digitale de l’économie luxembourgeoise.]
Next Step Fusion, fondée en septembre 2023 et basée au Luxembourg, est une société privée à la pointe de l'innovation dans le domaine de l'énergie de fusion. Avec une équipe de plus de 20 experts en physique des plasmas, simulation de tokamaks, systèmes de contrôle et intelligence artificielle, la société propose des solutions avancées pour la simulation et le contrôle des plasmas, la conception de tokamaks et les applications d'apprentissage automatique adaptées à l'industrie de la fusion.
Son expérience couvre des projets de fusion majeurs tels que ITER, DIII-D, COMPASS, T-10, T-15MD, KTM et ISTTOK. L'équipe a déjà collaboré avec des instituts de recherche internationaux, des laboratoires nationaux et des développeurs de tokamaks du secteur privé.
L'énergie de fusion promet une solution propre, abondante et durable pour répondre à la demande mondiale croissante en électricité, qui devrait augmenter de plus de 80% d'ici 2050. Les tokamaks, les dispositifs de fusion les plus prometteurs, utilisent des champs magnétiques pour confiner le plasma à des températures dépassant 100 millions de degrés Celsius.
Cependant, le passage des installations expérimentales aux centrales à fusion commerciales (FPP – Fusion Power Plants) présente un obstacle majeur: maintenir un confinement stable du plasma pendant de longues durées dans des environnements difficiles.
Les systèmes actuels de contrôle du plasma sont basés sur des scénarios, lents à réagir et fortement dépendants d'un réglage manuel. Ils ont du mal à prévoir et à prévenir les instabilités en temps réel, en particulier dans les conditions exigeantes des futures FPP, qui fonctionneront avec des diagnostics limités et une exposition élevée aux radiations.
L'innovation de Next Step Fusion réside dans son système hybride de contrôle du plasma (PCS – Plasma Control System), qui intègre des méthodes de contrôle traditionnelles (telles que les contrôleurs PID) à des techniques d'apprentissage automatique de pointe, en particulier l'apprentissage par renforcement (RL), l'inférence bayésienne et les réseaux neuronaux.
Ce système alimenté par l'IA s'adapte dynamiquement au comportement du plasma, prédit et évite les perturbations, et permet d'explorer de nouveaux états du plasma sans dépendre de reconstructions magnétiques complètes.
Le PCS est indépendant de la machine et évolutif, ce qui le rend adapté à une large gamme de dispositifs de fusion. Il transforme le contrôle du plasma d'une tâche rigide, basée sur des scénarios, en un défi d'optimisation flexible et en temps réel, ouvrant la voie à des opérations de fusion plus stables et plus efficaces.
En 2024, Next Step Fusion a démontré avec succès son module de contrôle basé sur le RL à la DIII-D National Fusion Facility de San Diego. Le contrôleur a été intégré au PCS existant du tokamak et a remplacé la boucle de contrôle de forme standard en temps réel, fonctionnant à 4 kHz. Les résultats ont montré une grande stabilité et de bonnes performances, la forme du plasma ayant été contrôlée avec succès dans toute une série de scénarios.
Cette validation met en évidence le potentiel du système pour améliorer l'efficacité des dispositifs à bobines semi-conductrices à haute température et des futures FPP.
L'agent RL développé par Next Step Fusion apprend les politiques de contrôle directement à partir des données des capteurs et des actionneurs, éliminant ainsi le besoin de reconstructions intermédiaires du flux magnétique. Cela accélère considérablement l'apprentissage et améliore l'adaptabilité à différentes formes de plasma et conditions de fonctionnement.
Contrairement aux systèmes conventionnels qui s'appuient sur des scénarios prédéfinis et des modèles linéaires, l'approche basée sur l'IA de Next Step Fusion offre:
Ces innovations positionnent le PCS comme une technologie transformatrice pour le secteur de la fusion, capable de surmonter les limites des systèmes de contrôle traditionnels et de permettre la viabilité commerciale.
Le projet de Next Step Fusion est appelé à contribuer de manière significative à l'économie et au leadership technologique du Luxembourg. Ce projet se distingue comme une initiative pionnière susceptible de transformer le rôle du Luxembourg dans la recherche sur l'énergie de fusion.
L'entreprise prévoit d'agrandir son équipe avec des chercheurs supplémentaires en Machine Learning et des développeurs de logiciels, créant ainsi des emplois de haute technologie. Ses solutions logicielles évolutives présentent un fort potentiel d'exportation, en particulier en Europe, aux États-Unis et en Asie.
Des collaborations stratégiques avec des institutions universitaires et des pôles d'innovation renforcent encore la position du Luxembourg dans la course mondiale à la fusion.
L'entreprise passe désormais des projets-pilotes aux projets commerciaux, en accompagnant ses premiers clients avec des services de conception et de simulation pour les tokamaks de nouvelle génération. Les partenariats avec des chercheurs et des développeurs privés de tokamaks jettent les bases de futurs déploiements commerciaux, alors que l'industrie de la fusion passe de la recherche au développement de prototypes.
Le système de contrôle du plasma alimenté par l'IA de Next Step Fusion représente un bond en avant décisif vers la réalisation d'une énergie de fusion nette positive. En combinant l'ingénierie conventionnelle et l'IA avancée, l'entreprise s'attaque à l'un des défis les plus urgents de l'énergie de fusion le contrôle du plasma.
Avec des résultats éprouvés, des partenariats stratégiques et une solide équipe interdisciplinaire, Next Step Fusion est bien placée pour mener la commercialisation de l'énergie de fusion et contribuer à un avenir plus propre et plus durable.
