Des Physiciens Proposent une Installation de Stellarator Flexible aux USA

Un collectif de 24 physiciens spécialisés en plasma a proposé la construction d’une installation de fusion de type stellarator aux États-Unis. Appelée “Flexible Stellarator Physics Facility”, cette installation permettrait de tester différentes approches de confinement par stellarator et d’évaluer la possibilité de développer ces designs pour des centrales à fusion à grande échelle.

Les dispositifs de fusion tokamak et stellarator, apparus dans les années 1950, utilisent tous deux le confinement magnétique pour manipuler les plasmas, mais diffèrent par la géométrie de leurs récipients de confinement. Les tokamaks utilisent un champ magnétique toroïdal généré par un courant électrique traversant le plasma, tandis que les stellarators utilisent un champ magnétique hélicoïdal produit par des bobines externes.

Ces différentes géométries offrent des avantages spécifiques à chaque approche. Les tokamaks maintiennent la température du plasma plus efficacement, tandis que les stellarators assurent une meilleure stabilité du plasma.

Le réacteur de fusion ITER, en construction à Cadarache, en France, est le projet tokamak le plus ambitieux parmi les quelque 60 expériences de ce type dans le monde. En revanche, il n’existe que quelques stellarators opérationnels, le plus notable étant le dispositif Wendelstein 7-X en Allemagne, activé en 2015 et ayant réalisé des avancées expérimentales majeures. En outre, des projets tels que l’Helically Symmetric Experiment (HSX) à l’Université du Wisconsin-Madison et le National Compact Stellarator Experiment (NCSX) au Princeton Plasma Physics Laboratory ont également contribué de manière significative à la compréhension et au développement des stellarators.

Les auteurs du rapport soulignent que pour réaliser la stratégie décennale ambitieuse des États-Unis pour l’énergie de fusion commerciale, publiée en 2022, il est crucial de développer un programme convaincant pour les stellarators en plus de soutenir les avancées des tokamaks. Tokamaks et stellarators « sont très proches parents, avec de nombreux aspects en commun », déclare Felix Parra Diaz, auteur principal du rapport. « Les découvertes en physique qui profitent à l’un sont généralement intéressantes pour l’autre. »

Parra Diaz, chef de la théorie au Princeton Plasma Physics Laboratory et chercheur sur les tokamaks et stellarators, a expliqué à Physics World que les récentes avancées, en particulier au Wendelstein 7-X, propulsent le stellarator comme la meilleure voie vers une centrale à fusion. « Les stellarators étaient largement considérés comme difficiles à construire en raison de leurs aimants complexes », explique Parra Diaz. « Nous pensons maintenant qu’il est possible de concevoir des stellarators avec un confinement similaire ou même meilleur que les tokamaks. Nous croyons aussi qu’il est possible de construire ces dispositifs à un coût raisonnable grâce à de nouveaux designs d’aimants. »

Processus en Plusieurs Étapes

Le rapport recommande la construction d’une « installation flexible » aux États-Unis pour tester la validité des modèles théoriques suggérant où le confinement par stellarator peut être amélioré et où il échoue. Le design se concentrera sur les « lacunes scientifiques » sur le chemin de la fusion par stellarator. Un objectif particulier est la démonstration de configurations magnétiques « quasi-symétriques », décrites dans le rapport comme « la stratégie la plus prometteuse pour minimiser à la fois les pertes néoclassiques et le transport des particules énergétiques ».

Les auteurs du rapport proposent une approche en deux étapes pour la nouvelle installation. La première étape consisterait à explorer une gamme de configurations magnétiques flexibles, tandis que la seconde impliquerait la mise à niveau des systèmes de chauffage et de puissance pour approfondir l’étude de certaines configurations prometteuses identifiées lors de la première étape.

« Elle servira également de banc d’essai pour les méthodes de contrôle de l’interaction du plasma de fusion chaud avec les parois des installations pilotes de stellarator », ajoute Parra Diaz, estimant que la conception et la construction d’un tel dispositif pourraient prendre entre 6 et 9 ans selon « le niveau de financement ». Cette proposition intervient alors que des retards significatifs repoussent l’activation du réacteur de fusion international ITER à 2034, soit presque une décennie de retard par rapport au calendrier initial.

Parallèlement, des technologies tokamak alternatives continuent d’émerger de la part des entreprises commerciales de fusion. Par exemple, Tokamak Energy, basée à Abingdon, Oxfordshire, développe un design de tokamak sphérique que l’entreprise affirme « être plus efficace que la forme traditionnelle en anneau de donut ».

Pour plus d’informations, consultez les sources suivantes :

• ITER Organization
• Princeton Plasma Physics Laboratory
• Physics World
• Wendelstein 7-X
• Université du Wisconsin-Madison – HSX
• Princeton Plasma Physics Laboratory – NCSX