Prochaine étape de la fusion : contrôle plasma alimenté par l’IA

Le défi : contrôler le plasma pour la fusion commerciale

L’énergie de fusion promet une solution propre, abondante et durable pour répondre à la demande mondiale croissante d’électricité – qui devrait croître 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 supérieures à 100 millions de degrés Celsius. 

Cependant, la transition des installations expérimentales vers des centrales à fusion commerciales (FPP) présente un obstacle majeur : maintenir un confinement stable du plasma sur de longues périodes dans des environnements hostiles.

Les systèmes de contrôle plasma actuels sont basés sur des scénarios, lents à réagir et fortement dépendants d’un réglage manuel. Ils peinent à prédire et prévenir les instabilités en temps réel, surtout dans les conditions exigeantes des FPP futurs, qui fonctionneront avec des diagnostics limités et une forte exposition aux radiations.

Système de contrôle plasma piloté par IA

L’innovation de Next Step Fusion réside dans son système hybride de contrôle plasma (PCS), qui intègre des méthodes de contrôle traditionnelles (comme les contrôleurs PID) avec des techniques d’apprentissage automatique de pointe – en particulier l’apprentissage par renforcement (RL), l’inférence bayésienne et les réseaux de neurones. 

Ce système alimenté par l’IA s’adapte dynamiquement au comportement du plasma, prédit et évite les perturbations, et permet l’exploration de nouveaux états du plasma sans recourir à des 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 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 efficaces.

Validation et impact dans le monde réel

En 2024, Next Step Fusion a démontré avec succès son module de contrôle basé sur RL au 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 forte stabilité et performance, la forme du plasma étant contrôlée avec succès dans divers scénarios.  

Cette validation met en lumière le potentiel du système à améliorer l’efficacité des dispositifs à bobine semi-conductrice haute température et des FPP futurs.

L’agent RL développé par Next Step Fusion apprend les politiques de contrôle directement à partir des données des capteurs et actionneurs, éliminant ainsi le besoin de reconstructions intermédiaires de flux magnétique. Cela accélère considérablement l’entraînement et améliore l’adaptabilité à différentes formes de plasma et conditions de fonctionnement.

Contrairement aux systèmes conventionnels qui reposent sur des scénarios prédéfinis et des modèles linéaires, l’approche basée sur l’IA de Next Step Fusion propose :

• Contrôle adaptatif en temps réel qui répond aux conditions réelles du plasma.
• Généralisation à travers les scénarios, permettant une exploitation robuste dans des conditions diverses.
• Exploration de nouveaux régimes, permettant aux chercheurs de tester des configurations auparavant inaccessibles.
• Accélération des cycles de conception et réduction des coûts, minimisant le réglage manuel et les essais et erreurs.

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 sur le point de contribuer de manière significative à l’économie et au leadership technologique du Luxembourg. Le projet se distingue comme une initiative pionnière ayant le potentiel de transformer le rôle du Luxembourg dans la recherche sur l’énergie de fusion. 

L’entreprise prévoit d’élargir son équipe avec d’autres chercheurs et développeurs logiciels en apprentissage automatique, créant ainsi des emplois dans le secteur de la haute technologie. Ses solutions logicielles évolutives ont un fort potentiel d’exportation, notamment en Europe, aux États-Unis et en Asie. Les collaborations stratégiques avec des institutions académiques et des clusters d’innovation renforcent encore la position du Luxembourg dans la course mondiale à la fusion.

Aujourd’hui, l’entreprise passe des projets pilotes aux projets commerciaux, soutenant ses premiers clients avec des services de conception et de simulation pour les tokamaks de nouvelle génération. Des partenariats avec des chercheurs et des développeurs privés de tokamak préparent le terrain pour de futurs déploiements commerciaux alors que l’industrie de la fusion passe de la recherche au développement de prototypes.

L’IA comme facilitateur de la fusion à grande échelle

Next Step Le système de contrôle plasma alimenté par IA de Fusion représente un bond crucial vers l’obtention d’une énergie de fusion nettement positive. En combinant l’ingénierie conventionnelle à une IA avancée, l’entreprise relève l’un des défis les plus pressants de l’énergie de fusion : le contrôle du plasma. Avec des résultats avérés, des partenariats stratégiques et une équipe interdisciplinaire solide, Next Step Fusion est bien positionnée pour diriger la commercialisation de l’énergie de fusion et contribuer à un avenir plus propre et durable.