La nouvelle plateforme de fusion Pegasus-III de l’Université du Wisconsin-Madison est désormais opérationnelle après des années de travail ayant mobilisé des dizaines de milliers de composants.
Les chercheurs de l’Université du Wisconsin-Madison ont commencé des expériences qui feront progresser le domaine de l’énergie de fusion.
Une plateforme dédiée à l’étude de techniques innovantes
Soutenu par le Bureau de la science de l’énergie de fusion du Département américain de l’énergie, la nouvelle installation Pegasus-III fournit une plateforme nationale dédiée à l’étude de techniques innovantes pour démarrer un plasma, le gaz ionisé ultra-chaud qui libère de l’énergie dans un réacteur à fusion.
L’objectif ultime de cette recherche est de faire progresser la science des plasmas et la compréhension de l’énergie de fusion pour aider à réduire le coût et la complexité des futurs systèmes d’énergie à fusion, qui pourraient potentiellement fournir une source abondante d’énergie propre en exploitant le processus qui alimente notre soleil.
« En substance, nous travaillons à développer une bougie d’allumage innovante pour allumer le feu de fusion dans les futurs systèmes d’énergie à fusion« , explique Stephanie Diem, professeure adjointe au département de génie nucléaire et de physique du génie, qui dirige Pegasus-III.
Trois méthodes de démarrage à l’étude
La plateforme Pegasus-III consiste en une bouteille magnétique compacte en forme de beignet, appelée tokamak sphérique, pour contenir des plasmas à très haute température. Presque tous les tokamaks du monde s’appuient sur l’induction magnétique d’un aimant central, appelé solénoïde, pour entraîner le courant qui crée et chauffe un plasma.
Cependant, éliminer la nécessité d’un solénoïde central dans un tokamak simplifierait grandement la construction et réduirait le coût de ces dispositifs, augmentant ainsi leur viabilité pour la production commerciale d’énergie. C’est pourquoi les chercheurs de l’UW-Madison utilisent Pegasus-III pour étudier plusieurs techniques de démarrage sans solénoïde, notamment l’injection d’hélicité locale, l’injection d’hélicité coaxiale et les ondes radiofréquences.
« Nous sommes dans un espace unique à l’UW-Madison où nous pouvons étudier ces trois méthodes dans un seul appareil« , explique Stephanie Diem. « Non seulement nous pouvons tester chaque technique indépendamment, mais nous pouvons également étudier si une technique peut améliorer une autre. De plus, nous pouvons manipuler la machine pour concevoir n’importe quelle expérience afin de tester différentes théories, et cela offre également une excellente opportunité d’apprentissage pratique pour nos étudiants. »
Vers des modèles pour des dispositifs plus grands
À mesure qu’ils en apprendront davantage sur la physique fondamentale des plasmas impliquée dans ces techniques de démarrage, les chercheurs développeront des modèles pour les mettre à l’échelle de dispositifs de fusion plus importants.
Le professeure Diem affirme que la construction de Pegasus-III a été une entreprise massive et un véritable travail d’équipe. « Tout ce qui reste de la phase précédente de l’installation, c’est le conteneur et quelques bobines magnétiques », dit-elle. « Nous avons construit toutes les nouvelles alimentations électriques et un nouveau champ magnétique toroïdal plus puissant pour confiner le plasma, il s’agit donc d’une toute nouvelle installation. »
Un défi relevé malgré la pandémie
Le projet de construction a débuté en 2020 au début de la pandémie de COVID-19, ce qui a entraîné des défis supplémentaires. Stephanie Diem attribue le succès du projet à la flexibilité, au travail acharné et au dévouement de l’équipe de recherche.
« Nous avons une excellente équipe de recherche très soutenante, et tout le monde a été incroyable avec tout le travail qu’ils ont consacré à cela« , déclare la chercheuse. « Ce n’était pas facile de construire une nouvelle installation pendant une pandémie et en faisant face à des problèmes dans la chaîne d’approvisionnement, donc je suis vraiment fière de toute l’équipe et très enthousiaste à l’idée que Pegasus-III fonctionne. »
En synthèse
La nouvelle plateforme de fusion Pegasus-III de l’Université du Wisconsin-Madison marque une avancée importante dans la recherche sur l’énergie de fusion. Construite sur plusieurs années, cette installation unique permettra d’étudier des techniques innovantes pour démarrer et chauffer le plasma, dans l’objectif de rendre les futurs réacteurs à fusion plus simples et moins coûteux.
Les chercheurs pourront notamment tester trois méthodes prometteuses de démarrage sans solénoïde central. Leurs découvertes sur la physique fondamentale des plasmas serviront à développer des modèles pour des dispositifs plus grands.
Pour une meilleure compréhension
Quel est l’objectif de Pegasus-III ?
L’objectif est d’étudier des techniques innovantes pour démarrer et chauffer le plasma dans les réacteurs à fusion, afin de réduire la complexité et le coût des futurs systèmes d’énergie de fusion.
En quoi cette expérience est-elle unique ?
Pegasus-III est la seule installation au monde permettant de tester sur un même dispositif trois méthodes prometteuses de démarrage de plasma sans solénoïde central.
Comment cela fait-il progresser la fusion ?
Les découvertes sur la physique des plasmas serviront à développer des modèles pour concevoir des réacteurs à fusion plus grands et plus performants.
Quels défis l’équipe a-t-elle surmontés ?
La construction s’est déroulée durant la pandémie de Covid-19, obligeant à s’adapter. L’équipe a fait preuve de flexibilité et de persévérance.
Légende illustration principale : Les chercheurs de l’UW-Madison utilisent la nouvelle plateforme Pegasus-III pour étudier des techniques innovantes de démarrage d’un plasma. Crédit : Joel Hallberg.
