Un logiciel prédit l’instabilité du plasma 200 millisecondes à l’avance

À l’installation nationale de fusion DIII-D, à San Diego, les six systèmes à micro-ondes qui chauffent un plasma de fusion ont été réglés par un logiciel plutôt que par un opérateur humain. Lors de l’un des cinq tests en conditions réelles, PACMAN a prédit une instabilité destructrice de mode tearing 200 millisecondes avant sa formation possible, puis modifié suffisamment tôt les réglages du réacteur pour empêcher complètement la perturbation. Les contrôleurs classiques ne détectent ces disruptions qu’après leur apparition.

PACMAN — pour « prédiction et contrôle par apprentissage automatique » — fonctionne à travers quatre stations successives. Il recueille d’abord les mesures de température, de densité et de champ magnétique, écarte les erreurs de mesure et prépare les données nettoyées. Des modèles d’apprentissage automatique prédisent ensuite le comportement immédiat du combustible. Les contrôleurs transforment ces prévisions en commandes matérielles, comme le déclenchement d’un faisceau de chauffage, tandis qu’une dernière étape résout les conflits, impose des limites strictes de sécurité aux équipements et achemine les signaux vers le réacteur.

La plateforme s’est également attaquée à un problème d’optimisation qui ne disposait jusqu’alors d’aucune formule unique opérationnelle. Elle a coordonné les six gyrotrons, en modifiant simultanément l’angle de leurs miroirs et la puissance de leurs faisceaux. Lors d’autres essais, un modèle d’apprentissage par renforcement a pris le contrôle complet des systèmes de chauffage, tandis que PACMAN prédisait de brusques bouffées d’énergie au bord du combustible. Le dispositif termine généralement son travail en environ 20 millisecondes, puis recommence sans interruption.

En pratique, cela fournit aux chercheurs en fusion une boucle de contrôle suffisamment rapide pour des phénomènes qui se déroulent en quelques millièmes de seconde. Les simulations traditionnelles peuvent prendre des jours ou des mois, ce qui est trop lent pour des expériences ne durant que quelques minutes ; les modèles d’apprentissage automatique produisent leurs prédictions en une fraction de seconde. La structure modulaire de PACMAN permet également aux chercheurs de remplacer un algorithme en quelques jours sans reconstruire le reste du logiciel, ce qui pourrait accélérer les travaux dans d’autres installations équipées de tokamaks.

Le système n’est pas un réacteur autonome. Les physiciens définissent toujours les objectifs expérimentaux, règlent les paramètres entre les tirs et utilisent des limites codées en dur pour éviter d’endommager les équipements. Ses créateurs estiment que le dispositif pourrait être déployé sur d’autres tokamaks et servir de norme de contrôle adaptable pour les futurs modèles commerciaux de fusion, mais ces résultats correspondent encore à des tests expérimentaux en conditions réelles, et non à un déploiement commercial.