De l’Eurovision à la modélisation du plasma : l’histoire étonnante de Ralf Mackenbach

De l'Eurovision à la modélisation du plasma : l'histoire étonnante de Ralf Mackenbach

Ralf Mackenbach, autrefois connu comme le vainqueur du Concours de la Chanson Junior, a brillamment défendu sa thèse de doctorat au Département de Physique Appliquée et d’Éducation Scientifique le 29 novembre. Il a développé un modèle mathématique pour prédire les tourbillons turbulents du plasma brûlant, une étape qui pourrait nous rapprocher de la maîtrise des matériaux de fusion.

La fusion nucléaire : un défi complexe

La fusion nucléaire est souvent considérée comme la source d’énergie durable de l’avenir. Cependant, générer de l’énergie via un ‘soleil en boîte’ reste un défi complexe. Les chercheurs travaillent d’arrache-pied sur plusieurs fronts pour réaliser un réacteur de fusion nucléaire.

Ralf Mackenbach, candidat au doctorat à l’Université de Technologie d’Eindhoven, a développé un modèle mathématique pour prédire les tourbillons turbulents du plasma brûlant. Cela pourrait nous rapprocher de la maîtrise des matériaux de fusion.

Le soleil : une source d’inspiration

Les yeux de Ralf Mackenbach s’illuminent lorsqu’il parle du soleil. Pour le physicien, le soleil représente plus que des vacances, la liberté et la belle vie. Il explique patiemment les principes de base de la fusion nucléaire.

Le soleil a une masse gigantesque et, en raison de la gravité immense en son cœur, il peut comprimer et chauffer tout à environ 15 millions de degrés Celsius. Sous ces conditions, les atomes d’hydrogène, entre autres, peuvent fusionner pour créer de nouveaux éléments ; un processus qui libère d’énormes quantités d’énergie et de chaleur. Le soleil réalise la fusion nucléaire depuis des milliards d’années. Mais lorsqu’il s’agit de reproduire ce processus énergétique sur Terre, nous rencontrons un défi après l’autre.

Le défi du ‘soleil en boîte’

Trois critères principaux sont nécessaires pour créer un ‘soleil en boîte’. Mackenbach les énumère : il faut beaucoup de particules proches les unes des autres, il faut qu’il fasse suffisamment chaud, et il faut qu’il soit suffisamment isolant. Plusieurs types de réacteurs de fusion nucléaire sont actuellement en développement – deux des plus importants sont le tokamak et le stellarator – dans lesquels les températures peuvent atteindre jusqu’à 150 millions de degrés Celsius.

Mais qu’est-ce qui peut résister à de telles températures sur le long terme ? Nous travaillons avec des champs magnétiques extrêmement puissants, explique Mackenbach. « Ces champs magnétiques sont capables de maintenir ensemble les particules du plasma chaud. Pour ce faire, ils doivent avoir une forme spéciale, à savoir une sorte de beignet, comme on peut clairement le voir avec le tokamak. Les champs magnétiques du stellarator ont une forme plus complexe, c’est plus comme un beignet torsadé. »

Principe d’un stellarator : en bleu les bobines poloïdales et en jaune le plasma. Schéma du système de bobines (bleu) et du plasma (jaune) de l’expérience de fusion nucléaire Wendelstein 7-X en cours de construction au Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Greifswald, Allemagne. Par exemple, une ligne de champ magnétique est surlignée en vert sur la surface du plasma représentée en jaune.

Un modèle puissant pour prédire la turbulence

Pour savoir quels boutons pousser pour minimiser la turbulence, il faut d’abord être capable de décrire ces tourbillons pour chaque situation. À cette fin, Mackenbach et ses collègues ont développé un modèle mathématique avec une approche non conventionnelle. Il ne calcule pas le comportement du plasma à un moment précis et ce à quoi ressemble la turbulence à ce moment-là, mais ne regarde que les paquets d’énergie.

« Ce que nous faisons, en substance, c’est que nous déterminons combien d’énergie nous pouvons extraire initialement du plasma sous un ensemble de conditions minimales. Cette quantité d’énergie disponible pourrait alors nous dire quelque chose sur la quantité d’énergie qui pourrait être dans la turbulence. »

En synthèse

La capacité de prédire les tourbillons ouvre de nouvelles portes dans ce domaine de recherche, selon Mackenbach. Cependant, beaucoup de recherches supplémentaires sont nécessaires pour minimiser les tourbillons dans les matériaux de fusion. En tant que théoricien, il ne sera pas celui qui appuiera sur les boutons et tournera les boutons ; il souligne l’importance du travail d’équipe.

« La coopération mutuelle est essentielle ; les meilleures idées naissent de la pollinisation croisée. J’ai appris que la science peut être très sociale, même pour les physiciens. »

Quant à savoir s’il restera impliqué, il dit préférer ne pas regarder plus loin qu’un an ou deux. Sa vie personnelle a également connu des moments turbulents par le passé, par exemple lorsqu’il a remporté la victoire pour les Pays-Bas au Concours de l’Eurovision Junior en tapant du pied.

« La musique sera toujours une partie de ma vie, mais pour l’instant, je suis heureux là où je suis en tant que physicien. » Il attrape son collier. « Bientôt, je déménagerai en Suisse pour affiner davantage mon modèle, un grand défi pour nous rapprocher un peu plus de l’énergie de fusion. »

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la fusion nucléaire ?

La fusion nucléaire est un processus qui se produit lorsque deux atomes légers se combinent pour former un atome plus lourd, libérant une énorme quantité d’énergie. C’est le processus qui alimente le soleil et les autres étoiles.

Qui est Ralf Mackenbach ?

Ralf Mackenbach est un physicien et ancien vainqueur du Concours de la Chanson Junior. Il a récemment défendu sa thèse de doctorat sur la modélisation du plasma pour la fusion nucléaire.

Qu’est-ce qu’un tokamak et un stellarator ?

Le tokamak et le stellarator sont deux types de réacteurs de fusion nucléaire. Ils utilisent des champs magnétiques pour confiner le plasma chaud nécessaire à la fusion nucléaire.

Quel est le rôle des champs magnétiques dans la fusion nucléaire ?

Les champs magnétiques sont utilisés pour maintenir ensemble les particules du plasma chaud dans les réacteurs de fusion nucléaire. Ils doivent avoir une forme spéciale pour accomplir cette tâche.

Quel est le but du modèle mathématique développé par Mackenbach ?

Le modèle mathématique développé par Mackenbach vise à prédire les tourbillons turbulents du plasma brûlant. Cela pourrait aider à minimiser la turbulence dans un réacteur de fusion nucléaire, ce qui est crucial pour le processus de fusion.

Principaux enseignements

Enseignements
La fusion nucléaire est un processus complexe qui nécessite des conditions spécifiques.
Ralf Mackenbach a développé un modèle mathématique pour prédire la turbulence du plasma.
Les champs magnétiques jouent un rôle crucial dans la fusion nucléaire.
Le tokamak et le stellarator sont deux types de réacteurs de fusion nucléaire.
La turbulence doit être minimisée pour un processus de fusion efficace.

Références

Légende illustration principale : Ralf Mackenbach. Crédit : Bart van Overbeeke

Source : TU/e

[ Rédaction ]

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