L'énergie de fusion a le potentiel de réécrire des marchés énergétiques valant des milliards de dollars, mais les startups doivent d'abord prouver que leurs conceptions fonctionneront et ne seront pas trop coûteuses. Ni l’un ni l’autre n’est facile, surtout si l’on considère que les aimants massifs et les lasers utilisés dans de nombreuses conceptions doivent être installés avec une précision millimétrique ou meilleure.
La startup Fusion Thea Energy affirme que son réacteur inspiré des pixels et son logiciel de contrôle spécialisé devraient être capables de générer de l'énergie sans exiger le même niveau de perfection.
« Il n'est pas nécessaire que ce soit aussi bon au départ », a déclaré Brian Berzin, co-fondateur et PDG de Thea Energy, à TechCrunch. « Nous avons un moyen d'éliminer les imperfections à l'arrière. » Cette marge d’erreur pourrait donner à Thea une longueur d’avance sur la concurrence.
Les centrales électriques à fusion promettent de fournir des gigawatts d’énergie propre au réseau, mais les coûts des matériaux et de la construction menacent de les rendre non compétitives par rapport à l’énergie solaire et éolienne bon marché. En construisant d’abord une centrale électrique et en résolvant les problèmes logiciels, Thea pourrait contribuer à réduire considérablement le coût de l’énergie de fusion.
Mais l’entreprise doit d’abord construire un prototype fonctionnel. Aujourd'hui, Thea publie les détails de sa conception, y compris les détails de la physique qui la sous-tend. La startup a partagé le document exclusivement avec TechCrunch.
Thea construit une version unique du stellarator, un type spécifique de réacteur qui utilise des aimants pour donner forme au combustible plasma. Les aimants sont l'un des deux principaux moyens par lesquels les scientifiques en fusion conservent la chaleur du plasma et confinent le plasma jusqu'à ce que des réactions de fusion se produisent. L'autre, connu sous le nom de confinement inertiel, utilise des lasers ou une autre force pour presser de petites pastilles de combustible.
La plupart des stellarateurs sont construits avec des aimants qui ressemblent à un tableau de Salvador Dali. Mais la conception de Thea utilise une douzaine d'aimants plus grands et des centaines d'aimants plus petits pour créer ce que l'on pourrait appeler un stellarateur « virtuel ».
Dans un stellarateur typique, les aimants sont construits pour suivre les contours d'une forme destinée à fonctionner avec les bizarreries du plasma, aidant ainsi à le confiner plus longtemps en utilisant moins d'énergie que les tokamaks, qui utilisent une série d'aimants de taille et de forme identiques. Pourtant, les stellarateurs présentent un inconvénient majeur : leur forme irrégulière rend difficile la fabrication en série des aimants.
Au lieu de cela, Thea a conçu son réacteur autour de petits aimants supraconducteurs identiques disposés en réseaux. La startup utilisera un logiciel pour contrôler chaque aimant individuellement afin de générer des champs magnétiques capables de reproduire la forme bancale d'un stellarateur.
L’approche présente plusieurs avantages. D’une part, cela a permis à Thea de réitérer rapidement sa conception d’aimant. Au cours des deux dernières années, la société a peaufiné le design plus de 60 fois, a déclaré Berzin. « La plupart des entreprises de fusion ont affaire à des aimants de la taille d'une voiture, à un laser de la taille d'une voiture ou à un coin de la taille d'une voiture. Cela signifie malheureusement qu'un seul coûte 20 millions de dollars et prend deux ans. » [to make]», a-t-il déclaré.
Cela signifie également que l'entreprise peut utiliser des contrôles logiciels pour corriger toute irrégularité dans la manière dont les aimants ont été fabriqués ou installés. Pour tester son système de contrôle d'origine, Thea a construit un réseau trois par trois de ses aimants associés à des capteurs. Les commandes, dérivées de la physique de l’électromagnétisme, ont bien fonctionné. Mais l’entreprise souhaitait également voir comment l’IA pourrait gérer cette tâche, c’est pourquoi elle en a également formé un nouveau grâce à l’apprentissage renforcé.
L’équipe est repartie surprise du bon fonctionnement de tout cela.
« Nous avons délibérément lancé des balles courbes sur le réseau », a déclaré Berzin. « Nous avons volontairement démonté un aimant de littéralement plus d'un centimètre. Vous pouviez voir qu'il était vraiment hors de propos. Il était vraiment difficile pour nous de le fabriquer si mal. » L’équipe a également testé des matériaux supraconducteurs provenant de cinq fabricants différents ainsi que des matériaux intentionnellement défectueux. « Chaque fois que nous avons fait cela, le système de contrôle, sans que nous ayons à tourner les boutons et à intervenir, était capable de corriger ces défauts », a-t-il déclaré.
La conception du réacteur de Thea, Helios, utilisera deux types d'aimants. À l’extérieur, 12 grands aimants de quatre formes différentes feront le gros du travail pour maintenir le plasma confiné. Ils sont similaires à ceux trouvés sur un tokamak, le type de réacteur en forme de beignet que le concurrent Commonwealth Fusion Systems est en train de construire. À l’intérieur des grandes bobines, 324 aimants circulaires plus petits affineront la forme du plasma.
La startup prévoit qu'Helios générera 1,1 gigawatts de chaleur, qu'une turbine à vapeur transformera en 390 mégawatts d'électricité à un coût inférieur à 150 dollars par mégawattheure. Le réacteur devra être arrêté pour une période de maintenance de 84 jours tous les deux ans. Si tout se passe bien, cela signifie que son facteur de capacité – une mesure de la quantité d’énergie produite sur une période de temps donnée – sera de 88 %. C'est bien mieux que les centrales électriques au gaz d'aujourd'hui et presque aussi performant que les centrales nucléaires d'aujourd'hui.
Helios est encore en phase conceptuelle. Thea doit d'abord construire Eos, son premier appareil de fusion destiné à prouver la science derrière le concept. Berzin a déclaré que la société annoncerait un site pour Eos en 2026 et prévoyait de le mettre en service « vers 2030 ».
Alors qu'elle construit Eos, Thea prévoit de commencer à travailler en parallèle sur Helios. C'est une approche similaire à la façon dont Commonwealth Fusion Systems avance dans les travaux sur Arc, sa première centrale électrique commerciale, tout en construisant Sparc, sa centrale de démonstration.
Pour l’instant, Berzin attend avec impatience de connaître l’avis de la communauté de la fusion. « Il s'agit de la publication du document de synthèse. Il sera suivi d'un volume de travail assez important qui sera publié via un examen par les pairs et une publication », a-t-il déclaré. « Le moment est venu pour nous de mettre en place des partenariats, des collaborations, d'impliquer les utilisateurs finaux pour construire le premier. »
