Le sentiment d'urgence croissant autour du développement de la technologie de fusion pour la production d'énergie aux États-Unis a reçu un nouvel élan cette semaine avec la publication d'un rapport de consensus communautaire par un groupe diversifié de chercheurs du monde universitaire, laboratoires gouvernementaux, et de l'industrie. Parmi ses recommandations figure le développement d'une centrale électrique à fusion pilote, un objectif ambitieux qui serait une étape importante vers une industrie américaine de l'énergie de fusion.

Le rapport, le premier du genre depuis près de 20 ans et le produit d'un nouveau processus de collaboration de 15 mois, identifie les besoins scientifiques hautement prioritaires qui peuvent aider à combler les lacunes dans les connaissances sur la fusion et faciliter la volonté de faire de la fusion une source d'énergie pratique. Il sera utilisé par le comité consultatif sur les sciences de l'énergie de fusion (FESAC) du département américain de l'Énergie alors qu'il entreprend une nouvelle phase de planification stratégique pour son programme de sciences de l'énergie de fusion, la principale source américaine de financement de la recherche sur la fusion.

S'il est exploité avec succès, la fusion changerait fondamentalement le réseau énergétique mondial en offrant des abondant, production d'électricité sans carbone.

Quelque 300 membres de la communauté fusion ont forgé leur consensus au cours de trois grands ateliers et de centaines de sessions de groupes de travail en ligne, en utilisant un processus de vote anonyme qui a donné à tous les participants la possibilité de s'exprimer librement. Les principales priorités liées à l'énergie comprennent :

• le développement d'une installation de source de neutrons partagée qui peut être utilisée pour le développement de matériaux critiques et de conceptions de centrales électriques ;
• la poursuite de la culture des connaissances en physique des plasmas brûlants grâce à une participation continue au programme international ITER et à une collaboration public-privé élargie aux États-Unis ; et
• Conception pré-conceptuelle immédiate d'une nouvelle installation de tokamak aux États-Unis, qui commencerait à fonctionner d'ici la fin de la décennie et soutiendrait les travaux d'extraction d'énergie à partir de la chaleur d'échappement et du maintien du plasma.

Plusieurs « opportunités et besoins de recherche » ont également été identifiés qui sont largement applicables dans les domaines de la fusion et des plasmas :utilisation de technologies informatiques avancées pour une meilleure compréhension et modélisation ; développement de diagnostics plasmatiques améliorés; un soutien accru aux partenariats public-privé; et embrasser la diversité, équité, et inclusion, parallèlement au développement d'une main-d'œuvre plus multidisciplinaire.

"C'est la première fois depuis une génération que la communauté de la fusion est appelée à s'auto-organiser et à déterminer ses plus hautes priorités pour passer de la science de la fusion à l'énergie de fusion, " dit Bob Mumgaard, directeur général de Commonwealth Fusion Systems (CFS), spin-out du MIT, l'une d'un nombre croissant d'entreprises privées poursuivant la fusion. "Comment pouvons-nous nous préparer, avec des données, vivre, installations d'essai - les choses qui sont nécessaires pour soutenir la science, et finalement une industrie.

« Les National Academies of Science (NAS) ont publié un bon rapport [fin 2018], Cela dit, nous devrions être audacieux et faire de la fusion maintenant et créer des installations de test, " ajoute Mumgaard. " Mais c'est différent parce que c'est toute la communauté, se rassembler dans un effort local très transparent pour répondre aux questions sur ce que nous faisons, ce qui doit être fait, et ce que nous sommes prêts à ne pas faire. Cela n'a pas été fait dans une arrière-salle mais par les scientifiques eux-mêmes, et ils sont sortis avec un plan et des priorités, c'est plutôt cool."

Nathan Howard, chercheur au Plasma Science and Fusion Center du MIT, était l'un des sept coprésidents qui ont partagé la supervision de l'élaboration du rapport, qui sera utilisé dans l'élaboration de plans stratégiques à long terme pour les programmes de science de la fusion en réponse à une demande de la FESAC émise en novembre 2018.

« La division de physique des plasmas de l'American Physical Society a pris les devants et nous a réunis les sept pour recueillir des données auprès de la communauté, " explique Howard. En plus de l'énergie de fusion, l'effort a également généré de nombreuses recommandations pour Discovery Plasma Science, un domaine diversifié de recherche plus fondamentale avec un impact en astrophysique, physique des plasmas à haute densité d'énergie, et d'autres disciplines.

Un développement important en cours de route a été la création de liens plus profonds entre le groupe axé sur la fusion à confinement magnétique et celui axé sur les matériaux et les technologies liés à la fusion.

"Cela n'avait vraiment pas de sens que ceux-ci soient séparés, " note Howard. " La fusion s'est produite naturellement au cours du processus et a été motivée en partie par le rapport NAS brûlant du plasma, qui a déclaré que les États-Unis devraient poursuivre la construction d'une usine pilote de fusion, un réacteur qui démontrera la création d'électricité à partir de la fusion et d'un cycle fermé du combustible à fusion. La communauté de la fusion a adopté la construction d'une usine pilote comme mission au cours du processus"

Bien que des recherches supplémentaires sur le plasma soient importantes pour atteindre cet objectif, ajoute Howard, "la communauté a reconnu assez clairement que nous devons mettre davantage l'accent sur les matériaux et la technologie de fusion. Là où nous manquons le plus de progrès vers une centrale électrique, ce sont des domaines tels que la conception de la couverture [la zone entourant le réacteur, utilisé pour produire du combustible de fusion] et des matériaux liés à la fusion.

Bon nombre des problèmes de matériaux en suspens s'appliquent non seulement à la fusion à confinement magnétique, y compris les réacteurs de type tokamak qui ont reçu le plus d'attention en matière de développement à ce jour, mais aussi au confinement inertiel et à d'autres approches, qui offrent différentes opportunités et défis.

Le destinataire officiel du rapport est un sous-comité de la FESAC présidé par Troy Carter, professeur de physique à l'Université de Californie à Los Angeles et directeur du Basic Plasma Science Facility et du Plasma Science and Technology Institute de l'université. Il a félicité Howard et les autres coprésidents pour « travailler incroyablement dur pour organiser l'effort et rassembler autant de personnes. Le rapport est très convaincant, et toute la communauté doit être félicitée - cela donne l'exemple pour les futures itérations du processus et rend le travail de mon sous-comité beaucoup plus facile."

En particulier, dit Carter, « les membres juniors de la communauté se sont vraiment intensifiés. Les coprésidents sont pour la plupart des jeunes et des personnes à mi-carrière, et il est important que ce soit leur plan, car vu l'échelle de temps, ce seront eux qui le mettront en œuvre."

Carter note que, alors qu'il savait que le concept de conduite agressive vers une usine pilote avait du soutien, "J'ai été un peu surpris de voir à quel point il a été adopté dans le processus. C'est ambitieux, et cela nous oriente vers l'utilisation de l'innovation pour amener l'énergie de fusion sur le réseau beaucoup plus rapidement. Il y a encore beaucoup de travail à faire en physique des plasmas de base, mais nous devons aussi travailler sur les matériaux et autres technologies, sur lequel nous ne mettons pas assez d'efforts pour le moment. C'est rafraîchissant de voir ce large soutien pour changer de direction."

Le groupe Carter va maintenant intégrer les conclusions du rapport dans les plans stratégiques reflétant plusieurs scénarios budgétaires qui lui ont été donnés.

"Nous allons tout mettre en place pour tirer parti des opportunités scientifiques et avancer vers l'objectif de réaliser une usine pilote. Nous avons de très bonnes informations sur les initiatives et des conseils sur la priorisation, " dit-il. " Mais beaucoup d'initiatives ne sont pas au niveau du design conceptuel, nous devrons donc travailler pour déterminer ce qu'ils coûteront. Nous avons des experts en gestion de projet avec qui travailler, et aussi des gens du côté privé - nous avons trois membres liés à des sociétés de fusion privées, et engagera également d'autres points de vue externes."

Ce processus devrait prendre environ huit mois, dit Carter, les résultats étant soumis à la FESAC vers la fin de l'année. Après un vote, il deviendrait l'avis officiel de la FESAC au ministère de l'Énergie. "C'est quelque chose qui intéresse beaucoup de gens au Congrès, " note Carter.

Mumgaard du CFS dit que la livraison du rapport pourrait s'avérer être un moment clé pour les États-Unis, avec le potentiel de conduire à une nouvelle politique de fusion, Action du Congrès pour soutenir l'industrie de la fusion naissante et se préparer à l'autorisation et à la réglementation des centrales électriques, et un financement continu qui donnerait confiance aux chefs de file des laboratoires universitaires et nationaux pour embaucher du personnel et construire des infrastructures. « J'ai l'impression que les choses vont dans le bon sens, " dit-il. " La communauté scientifique doit parler d'une seule voix, et c'est le processus qui crée cette voix."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.