États-Unis: un nouveau type de stellarator équipé d’aimants permanents

«L’utilisation d’aimants permanents est une manière complètement nouvelle de concevoir des stellarators», estime Tony Qian, doctorant au Princeton Program in Plasma Physics construit sur le terrain du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du Département américain de l’énergie (DOE). M. Qian était l’auteur principal d’un article publié dans le Journal of Plasma Physics and Nuclear Fusion, qui décrit de manière détaillée la théorie et la technique de l’appareil baptisé MUSE. «Cette technique nous permet de tester rapidement de nouvelles idées en lien avec le confinement du plasma et de fabriquer des appareils innovants de manière simple.»

Contrairement aux électroaimants complexes utilisés dans les stellarators traditionnels, les aimants permanents n’ont besoin d’aucun courant électrique pour générer les champs. Par ailleurs, ils peuvent être tout simplement acquis dans le commerce avant d’être placés dans une coque imprimée en 3D autour de la chambre à vide qui contient le plasma.

«MUSE sera construit essentiellement avec des éléments disponibles dans le commerce», explique Michael Zarnstorff, physicien-chef spécialisé dans la fusion nucléaire au PPPL, et responsable du projet. «Le fait de travailler avec des imprimeurs 3D et des fournisseurs d’aimants nous permet d’acquérir la précision dont nous avons besoin sans avoir à la produire nous-même.»

L’idée d’utiliser des aimants permanents comme base pour une variante innovante et plus abordable de stellarator est venue à M. Zarnstorff en 2014. «J’ai réalisé que même s’ils étaient situés à côté d’autres aimants, les aimants permanents de terres rares pouvaient générer et maintenir les champs magnétiques nécessaires pour confiner le plasma afin que des réactions de fusion puissent se produire», explique M. Zarnstorff. «Il s’agit de la spécificité qui fait que cette technique fonctionne».

Une quasi-symétrie 100 fois meilleure
MUSE n’est pas seulement une percée technique, il possède aussi une caractéristique théorique, appelée quasi-symétrie, présente ici de manière plus importante que dans n’importe quel autre stellarator existant. Il s’agit également du premier appareil au monde développé spécifiquement pour un type bien précis de quasi-symétrie: la quasi-axisymétrie. La quasi-symétrie signifie que le champ magnétique à l’intérieur du stellarator ne correspond pas à la forme physique du stellarator. Toutefois, la puissance du champ magnétique présent autour de l’appareil est uniforme, ce qui permet un confinement du plasma efficace et accroît la probabilité que des réactions de fusion se produisent. «Dans la pratique, l’optimisation de la quasi-symétrie de MUSE est 100 fois meilleure, au moins, à celle de n’importe quel autre stellarator existant», explique M. Zarnstorff.

L’équipe du PPPL prévoit de mener de nouvelles expérimentations afin de déterminer la nature exacte de la quasi-symétrie de MUSE et, ce faisant, de savoir dans quelle mesure l’appareil permet d’éviter que des particules chaudes provenant du cœur du plasma ne se déplacent jusqu’à la paroi, phénomène qui rend plus difficiles les réactions de fusion.