Fusion nucléaire : concrétiser la promesse d’une énergie décarbonée grâce à l’IA
SAINT-PAUL-LEZ-DURANCE, France – C’est au cœur de la garrigue provençale, parmi les pins, les chênes et autres herbes aromatiques, que se construit la plus grande centrale à fusion nucléaire au monde.
Ici, 2 000 scientifiques, physiciens et ouvriers venus de plus de 30 pays bâtissent une centrale alimentée par la même énergie que celle qui fait briller le soleil : la fusion. Celle-ci a le potentiel pour devenir une nouvelle source d’énergie, à bas coût et décarbonée.
ITER, c’est son nom, est un projet d’une complexité époustouflante, qui consiste à maîtriser un plasma encore plus chaud que le soleil. Comme rien de cette ampleur n’a jamais été réalisé auparavant, chaque jour apporte son lot de défis inédits. Lorsque la centrale sera mise en service, ce qui devrait être le cas en 2033, le monde entier aura les yeux rivés sur elle.
Alain Becoulet, directeur général adjoint d’ITER, sourit avec nostalgie en contemplant le travail restant à accomplir avant d’atteindre ce stade. « Nous allons conduire une Ferrari et tout ce que nous avons pour nous entraîner pour l’instant, ce sont de simples vélos », explique-t-il.
Et si aujourd’hui ITER collabore avec Microsoft, c’est pour se préparer au moment où il faudra mettre le contact. ITER s’appuie sur toute une gamme d’outils Microsoft pour avancer plus rapidement vers ses objectifs—de Microsoft 365 Copilot à Azure OpenAI Service, en passant par Visual Studio et GitHub.
« Nous assemblons un peu plus d’un million de pièces, et le défi ne consiste pas seulement à fabriquer ces pièces, mais aussi à les assembler et à faire fonctionner le tout en même temps. »
Alain Becoulet, physicien et directeur général adjoint d’ITER, affirme que la nécessité d’une grande précision avec des composants complexes fait de la construction d’une centrale à fusion le défi de toute une vie. « C’est comme une montre suisse nucléaire », dit-il. Photo de Chris Welsch pour Microsoft.
Le développement d’un agent conversationnel basé sur le service Azure OpenAI améliore considérablement la façon dont les collaborateurs d’ITER effectuent des recherches au sein de sa base de données de plus d’un million de documents, allant de la recherche scientifique à la gestion des stocks en passant par les enjeux réglementaires, explique Alain Becoulet. L’utilisation de GitHub Copilot rend accessible, même aux non-développeurs, le développement de solutions numériques permettant de réaliser des simulations pointues, et in fine, d’améliorer la sécurité et les opérations.
Aujourd’hui, ITER et Microsoft Research se sont engagés dans un protocole d’accord rendant une collaboration de recherche possible, notamment sur les questions liées à la modélisation des futures expériences d’ITER, indique Alain Becoulet.
« L’objectif est de renforcer la modélisation intégrée des plasmas d’ITER, tant en termes de conception expérimentale et de contrôle en temps réel que d’analyse et de traitement de quantités gigantesques de données », a-t-il déclaré, ajoutant que « la coopération permettrait également à ITER de faire un grand bond en avant dans sa capacité à optimiser son système opérationnel sur la base de calculs fondamentaux, grâce à des simulations faisant appel aux capacités de calcul les plus élevées parmi celles actuellement disponibles, ainsi qu’à de solides capacités d’exploration de données ».
« C’est un équipement extrêmement sophistiqué », déclare Alain Becoulet à propos de la centrale à fusion. « Nous assemblons un peu plus d’un million de pièces, et le défi ne consiste pas seulement à fabriquer ces pièces, mais aussi à les assembler et à faire fonctionner le tout en même temps. »
Assurer la précision
L’idée derrière ITER est de concevoir et de créer un dispositif de fusion qui puisse en prouver la faisabilité en tant que source d’énergie à grande échelle et décarbonée. Mais c’est aussi d’ouvrir la voie à l’utilisation commerciale de la fusion. La centrale produirait environ 500 MW d’électricité par an, mais cette électricité ne serait pas injectée dans le réseau : l’objectif est d’apprendre à exploiter avec succès une centrale à fusion et de diffuser largement ces connaissances.
Changeant de métaphore, Alain Becoulet explique ainsi : « J’avais l’habitude de l’appeler l’horloge suisse nucléaire ; elle est extrêmement précise. La différence est que la nôtre est de la taille d’une centrale nucléaire. »
L’IA, qu’Alain Becoulet préfère appeler « intelligence augmentée car ce sont toujours les humains qui prennent les décisions », est désormais un élément essentiel pour rassembler toutes les parties comme les personnes.
Maria Ortiz De Zúñiga est l’une des ingénieurs qui ont joué un rôle dans la fabrication de la chambre à vide d’ITER, le conteneur en forme de donut qui est construit pour abriter le plasma extrêmement chaud du dispositif de fusion, connu sous le nom de « tokamak » le mot « tokamak » vient d’un acronyme russe signifiant « chambre toroïdale avec bobines magnétiques ».
« L’IA est un multiplicateur de force », (…) « Pour l’IA, une fois le modèle entraîné, c’est une tâche simple, qu’elle peut effectuer plusieurs fois sans passer à côté d’un défaut de soudure et avec la précision qu’exige un composant nucléaire. »
Maria Ortiz de Zúñiga est l’une des ingénieurs qui a contribué à la fabrication de la chambre à vide d’ITER, un récipient en forme de donut destiné à contenir le plasma surchauffé du plus grand dispositif de fusion. ©F4E
Elle est chef d’unité pour l’ingénierie de projet, la conception assistée par ordinateur (CAO) et la gestion des données techniques chez Fusion for Energy, l’organisation de l’Union européenne qui fait partie du projet ITER (chaque gouvernement impliqué a sa propre agence similaire).
Lorsqu’elle a rejoint Fusion for Energy, l’un de ses collègues lui a dit : « J’espère que tu aimes la fusion, car tu vas y travailler pour le reste de ta vie », dit-elle en riant. Pour elle, c’est le travail de ses rêves, parfaitement en phase avec ses recherches de doctorat sur l’IA dans les techniques de fabrication avancées des réacteurs à fusion.
Au cours de la dernière décennie, Maria Ortiz De Zúñiga a travaillé sur divers aspects de la contribution européenne à la cuve sous vide. Plusieurs autres organisations ont participé à ce projet.
La chambre à vide est composée de neuf secteurs, dont cinq ont été fabriqués par l’Europe. La Corée du Sud fabrique les quatre autres. La Russie et l’Inde produisent d’autres pièces. Une fois terminée, la structure pèsera environ 5 200 tonnes.
La chambre est fabriquée dans un type spécial d’acier inoxydable qui doit être usiné et soudé plusieurs fois, puis testé à l’aide de scanners à ultrasons sophistiqués pour s’assurer que les soudures ne présentent aucun défaut. Lorsque l’ensemble de l’installation sera en fonctionnement, la chambre contiendra du plasma qui atteindra des températures de 150 000 000 degrés Celsius, soit 10 fois plus que le cœur du soleil. Il va sans dire que la précision est essentielle.
L’un des segments de la chambre à vide en cours de nettoyage après construction. La chambre à vide est au cœur du tokamak ITER, qui est la centrale du projet de fusion. Copyright : F4E en collaboration avec le consortium Ansaldo, Westinghouse, Walter Tosto (AMW), Monfalcone, août 2024. ©F4E
L’un des outils qu’elle et son équipe utilisent pour développer des modèles d’IA est Microsoft Visual Studio Code. Visual Studio est un « environnement de développement intégré (IDE) », dans lequel de nombreux langages de programmation peuvent être utilisés et qui propose divers outils de développement d’applications, tels que ceux qu’elle a utilisés pour vérifier la qualité des soudures à l’aide de multiples scans à ultrasons.
La quantité de données et le niveau de détail impliqués font que l’utilisation de l’IA pour analyser les données permet de gagner de nombreuses heures de vérification de la qualité et de la précision des soudures. Elle est également utilisée pour analyser les matériaux qui revêtiront la chambre à vide.
« L’IA est un multiplicateur de force », déclare-t-elle. « Pour l’IA, une fois le modèle entraîné, c’est une tâche simple, qu’elle peut effectuer plusieurs fois sans passer à côté d’un défaut de soudure et avec la précision qu’exige un composant nucléaire. »
L’IA joue également un rôle clé dans les tâches de recherche et d’administration qui sont essentielles au projet ITER.
Orchestrer l’efficacité avec Copilot
Jean-Daniel Delaplagne travaille pour ITER depuis 15 ans et en est le responsable de la section informatique
ITER travaille depuis longtemps avec Microsoft, précise-t-il, avec Office 365, des serveurs Windows et d’autres outils Microsoft utilisés à tous les niveaux de l’organisation. Mais au cours de l’année écoulée, cette collaboration s’est étendue à de nouveaux domaines.
« L’un de nos objectifs était de mieux connecter notre propre base de connaissances », explique Jean-Daniel Delaplagne. « Nous avons accumulé 20 ans de connaissances, soit plus d’un million de documents. »
Son équipe a mis au point un chatbot basé sur le service Azure OpenAI, conçu pour faciliter l’exploration de cette base de données. ITER travaille actuellement avec un partenaire de Microsoft, Witivio, pour relier cette plateforme de connaissances à Microsoft 365 Copilot grâce à des fonctionnalités agentiques. L’un des exemples d’ « élément agentique » consiste en un outil spécialement conçu pour déchiffrer les centaines d’acronymes utilisés par ITER.
Jean-Daniel Delaplagne explique que ce chatbot s’était révélé très utile à plusieurs égards.
« Finalement, nous avons obtenu des réponses de très bonne qualité sur des connaissances très techniques d’ITER », déclare-t-il. « Il n’est pas seulement capable de trouver les bons documents, il est également capable de trouver des informations au sein même des documents et de comprendre différents aspects de l’ingénierie et de la construction. »
Après une phase initiale d’utilisation de Microsoft 365 Copilot avec 50 bêta-testeurs, ITER étend son utilisation à plus de 300 licences Copilot et prévoit d’en ajouter d’autres, selon Jean-Daniel Delaplagne. Copilot est également utilisé pour des tâches administratives telles que l’évaluation initiale des CV, ainsi que pour les achats et la gestion des stocks.
Azure OpenAI Service est également utilisé pour créer un historique consultable de tous les tickets informatiques archivés. Jean-Daniel Delaplagne indique qu’ITER reçoit généralement 40 000 demandes d’assistance IT chaque année. Rendre consultable l’historique de toutes ces demandes et des solutions apportées pourrait accélérer la résolution des problèmes courants ; le système ayant été bien accueilli jusqu’à présent, selon lui. Par ailleurs, les responsables de la santé et de la sécurité ont utilisé Copilot pour élaborer des méthodologies d’inspection et des listes de contrôle, y compris pour générer des séries de questions ouvertes.
De la théorie à la pratique
Au cœur d’ITER résident des problématiques physiques ; les scientifiques étudient la question de l’auto-alimentation des étoiles depuis les années 1920.
Alberto Loarte a consacré sa carrière à ces questions et à leur mise en pratique dans la construction du tokamak d’ITER. Selon lui, l’IA a le potentiel d’accélérer le développement de la fusion en tant que source d’énergie à usage commercial.
« Certaines des premières applications de l’intelligence artificielle, comme Copilot, visent à améliorer les logiciels et à développer de nouvelles routines, car ces outils sont en réalité très, très efficaces », a-t-il déclaré. « Nous pouvons programmer directement avec, atteindre un bon niveau et gagner en efficacité. »
Alberto Loarte estime que l’IA jouera un rôle de plus en plus important dans l’amélioration de la qualité des simulations prédictives. La fusion nucléaire a déjà été réalisée, mais jamais à l’échelle d’ITER.
Au-delà de l’IA, une puissance de calcul considérable est nécessaire pour préparer le démarrage du tokamak d’ITER.
Comme l’explique Alberto Loarte, lorsque la réaction de fusion se produira, le plasma se comportera un peu comme le soleil, avec ses éruptions solaires périodiques. Les physiciens espèrent que les nouveaux calculs montreront que l’intégration entre les exigences de création de la fusion et les pressions qui s’exerceraient sur la chambre à vide serait plus facile que prévu actuellement.
La fusion est différente de la fission : elle ne crée pas de déchets radioactifs de haute activité et constitue une forme de production d’électricité beaucoup plus sûre. Mais le comportement du plasma doit être contrôlé avec précision pour créer une énergie fiable.
C’est pourquoi les calculs prédictifs de ce qui pourrait se produire dans diverses conditions sont si importants. À terme, le recours au calcul haute performance (HPC) sera nécessaire.
Alberto Loarte explique également que l’IA peut être utilisée pour interpréter les résultats de ces calculs complexes ; il l’a déjà fait, ainsi que d’autres scientifiques, à petite échelle.
Pour Maria Ortiz De Zúñiga, l’idée de contribuer à une nouvelle source d’énergie propre donne un sens à son travail.
« C’est ce qui nous anime » ajoute-t-elle. « La fabrication est passionnante pour un ingénieur. Mais lorsque vous parvenez à produire un composant qui fera partie d’ITER, vous réalisez que votre travail s’inscrit dans le cadre plus large de la résolution de la crise énergétique. »
