La foudre frappe 12 fois par minute sur la plate-forme de fusion Century de Zap Energy

Everett, Wash

L’obtention d’une puissance moyenne de 39 kilowatts marque un progrès de vingt fois dans les technologies habilitées pour la centrale de fusion à effet de serre.

Zap Energy a perfectionné sa plateforme d’essai d’ingénierie de fusion Century afin qu’elle puisse fonctionner pendant plus de cent tirs de plasma à 0,2 Hz, soit un tir toutes les cinq secondes, la chaleur produite étant captée par des surfaces recouvertes de métal liquide en circulation. Concentré à l’intérieur d’une chambre à vide de la taille d’un chauffe-eau, chaque plasma transportait jusqu’à 500 kA de courant, soit environ 20 fois plus qu’un éclair, déchargé dans un récipient recouvert de bismuth liquide en circulation. Au cours de cette opération record, la puissance totale d’entrée de Century était de 57 kilowatts, dont 39 kilowatts étaient directement acheminés vers les câbles menant à la chambre à plasma.

Par rapport à la mise en service historique de Century en 2024, cette réalisation représente une augmentation de 20 fois la puissance moyenne soutenue et constitue une étape majeure vers le développement de centrales à fusion commerciales utilisant une puissance pulsée répétitive et un transfert d’énergie par métal liquide.

Intégration des technologies des centrales à fusion

Century reproduit les conditions techniques commerciales de l’approche unique de Zap en matière de fusion, qui ne repose pas sur des aimants supraconducteurs ou des lasers à haute intensité. Au lieu de cela, les modules de fusion Z-pinch stabilisés par écoulement cisaillé (SFS) de Zap génèrent une impulsion électrique à travers un flux de plasma, créant ainsi un champ magnétique qui comprime le plasma et des forces stabilisatrices qui le maintiennent.

« Le fonctionnement prolongé d’un système entièrement intégré à impulsions répétitives de 30 kilowatts nous donne une image beaucoup plus claire de ce à quoi ressemblera réellement une centrale à fusion Z-pinch à écoulement cisaillé », a indiqué Matthew Thompson, vice-président de l’ingénierie des systèmes chez Zap Energy. « Les tests en conditions réelles de Century sur nos sous-systèmes d’ingénierie signifient que nous avons déjà commencé à identifier et à résoudre bon nombre des défis technologiques commerciaux les plus difficiles. »

L’un des objectifs de Century est de caractériser le transfert d’énergie entre trois sous-systèmes clés de la centrale : l’énergie pulsée répétitive (rafales d’énergie fréquentes), les parois en métal liquide (pour absorber et transférer l’énergie de fusion hors de la chambre à plasma) et les électrodes durables (composants capables de résister à des conditions extrêmes). Ces technologies sont essentielles à la construction d’un système de fusion commercial capable de produire de l’énergie de manière régulière sur une période prolongée.

Depuis ses premiers essais l’année dernière, chacun des sous-systèmes de Century a été amélioré dans le but d’atteindre le cap des 30 kW. Les améliorations comprennent :

• Une boucle de métal liquide faisant circuler 1 100 kg de bismuth en fusion. Le bismuth liquide sert de conducteur électrique, de barrière protectrice face au plasma et de fluide caloporteur.

• Une première paroi en métal liquide utilisant les forces centrifuges pour recouvrir davantage de surfaces métalliques solides exposées, améliorant ainsi sa capacité à absorber la chaleur du plasma.

• Un échangeur de chaleur à refroidissement par air de 200 kilowatts spécialement conçu pour aider à maintenir l’équilibre thermique.

• Un cône avant redessiné, recouvert de métal liquide pour empêcher l’érosion de la cathode.

• Un système de refroidissement rapide à haut débit de la cathode qui aide à réduire rapidement la température du système entre les tirs.

« Century met au point des technologies qui permettront à terme de convertir l’énergie issue de nos réactions de fusion en électricité ou en chaleur industrielle. L’ingénierie des systèmes a toujours été négligée dans le développement de la fusion », a ajouté Benj Conway, PDG et cofondateur de Zap Energy. « La fusion n’est pas seulement un problème de plasma. C’est un problème d’intégration des systèmes. »

Comment fonctionne Century

Chaque tir Century commence dans ses banques d’alimentation : un ensemble de condensateurs à grande échelle puise l’énergie du réseau, la stocke brièvement, puis libère un bref courant dans la partie supérieure de la chambre à vide de Century via un câblage de gros calibre. À l’intérieur de la chambre à plasma orientée verticalement, inspirée du dispositif Zap FuZE, l’impulsion ionise un nuage d’hydrogène gazeux en un filament de plasma extrêmement chaud et dense. (Son objectif étant la validation technique, Century fonctionne avec de l’hydrogène ou de l’hélium pur, plutôt qu’avec du deutérium-tritium de qualité fusion. Par conséquent, ses plasmas ne subissent pas de réactions de fusion et n’émettent pas de neutrons).

Enfin, l’énergie thermique du plasma atteint la paroi de métal liquide en circulation qui recouvre la surface intérieure de la chambre à plasma. Le métal en circulation absorbe l’énergie thermique du plasma, la transfère à un échangeur de chaleur refroidi à l’air, puis retourne dans la chambre à vide.

Augmentation de la capacité

Depuis sa mise en service en juin 2024, Century a augmenté sa capacité, passant d’un seul tir de plasma toutes les 10 secondes à une puissance moyenne d’environ 1,4 kilowatt à un tir toutes les cinq secondes à une puissance moyenne d’environ 30 kilowatts. En février 2025, le DOE a certifié l’achèvement d’une campagne Century de trois heures produisant plus d’un millier de tirs de plasma consécutifs, chacun avec au moins 100 kiloampères de courant. Au cours de l’année écoulée, la plateforme a tiré plus de dix mille coups dans un large éventail de configurations, fournissant des enseignements précieux sur la manière de faire fonctionner des plasmas Z-pinch à taux de répétition élevé.

Au début du mois, Fusion Science and Technology a publié un article sur la conception du Century et sa mise en service prévue entre juin et octobre 2024. Au cours des prochains mois, Zap continuera d’étudier les questions techniques essentielles tout en augmentant progressivement la fréquence de répétition et les niveaux de puissance du Century.

Article : « Century: Zap Energy’s 100-kW-Scale Repetitive Sheared-Flow-Stabilized Z-Pinch System with Liquid Metal Cooling » – DOI : 10.1080/15361055.2025.2532331

Source : Zapenergy