Le Département américain de l’Énergie (DoE) a annoncé un nouveau financement pour un projet dirigé par des chercheurs du Plasma Science and Fusion Center (PSFC) du MIT et quatre institutions partenaires dans le cadre d’une stratégie visant à accélérer l’arrivée de l’énergie de fusion et à atteindre la neutralité carbone d’ici 2050.
Les nouveaux travaux menés par Cristina Rea du MIT et ses co-chercheurs visent à accélérer les progrès de la science de la fusion et à faire de l'énergie de fusion une réalité le plus rapidement possible. Source de l'image : AnaKova/États-Unis Département de sensibilisation à la fusion
À mesure que les effets du changement climatique continuent de s’accentuer, l’intérêt pour le potentiel de la fusion nucléaire en tant que source d’énergie propre augmente également. Bien que les réactions de fusion soient étudiées en laboratoire depuis les années 1930, les scientifiques doivent répondre à de nombreuses questions clés avant que la production d’énergie par fusion ne devienne une réalité, et le temps presse.
Améliorer les capacités de recherche grâce aux données et à l’intelligence artificielle
Cristina Rea, chercheuse scientifique et chef de groupe au Centre pour la science et la fusion du plasma, servira de chercheuse principale dans un projet collaboratif de trois ans récemment financé visant à piloter l'intégration des données de fusion dans un système pouvant être lu par des outils d'intelligence artificielle. PSFC, en collaboration avec des scientifiques du College of William and Mary, de l'Université du Wisconsin-Madison, de l'Université d'Auburn et du groupe à but non lucratif HDF, prévoit de créer une plate-forme de données convergée holistique, dont certains éléments pourraient fournir un accès sans précédent aux chercheurs, en particulier aux étudiants sous-représentés. Le projet vise à encourager divers groupes du monde universitaire et du marché du travail à s’engager dans la convergence et la science des données grâce à un programme de sensibilisation dirigé par les co-chercheurs du groupe, dont quatre sur cinq sont des femmes.
Cristina Rea (à droite) est chercheuse principale sur un nouveau projet financé par le Département américain de l'énergie qui visera à moderniser les données provenant d'appareils à fusion tels que le tokamak C-Mod d'Alcatel (en arrière-plan) pour exploiter la puissance de l'intelligence artificielle. Danas Ridikas, chef du département de physique de l'Agence internationale de l'énergie atomique, a écrit une lettre de soutien à la proposition de Rhea. Crédit photo : EarlMarmar
Le prix du DOE, qui fait partie d'un financement de 29 millions de dollars pour sept projets dans 19 agences, soutiendra la distribution par le groupe des données générées par des dispositifs de fusion tels que l'Alcator C-Mod de PSFC, un « tokamak » en forme de beignet qui utilise de puissants aimants pour contrôler et confiner les réactions de fusion. Alcator C-Mod a fonctionné de 1991 à 2016 et ses données sont toujours à l'étude, en partie grâce à l'engagement du PSFC en faveur du libre échange de connaissances.
Relever les défis de l’acquisition de données
Il existe actuellement près de 50 dispositifs expérimentaux publics de fusion par confinement magnétique ; cependant, les données historiques et actuelles de ces appareils sont difficiles à obtenir. Certaines bases de données de fusion nécessitent un accord d'utilisation signé, et toutes les données ne sont pas cataloguées et organisées de la même manière. De plus, il est difficile d’utiliser l’apprentissage automatique (un type d’outil d’intelligence artificielle) pour analyser des données et réaliser des découvertes scientifiques sans une réorganisation fastidieuse des données. En conséquence, moins de scientifiques travaillent sur la recherche sur la convergence, les obstacles à la découverte se sont accrus et des goulets d’étranglement se posent dans l’utilisation de l’IA pour accélérer les progrès.
La plate-forme de données proposée par le projet s’attaque aux obstacles techniques à une plus grande transparence et inclusion dans la science grâce aux recommandations FAIR (Findable, Interoperable, Accessible, Realistic) et à la science ouverte (OS) de l’UNESCO ; comme l'exige le ministère de l'Éducation, tous les livrables des chercheurs respecteront les principes FAIR et OS.
La base de données de la plateforme sera construite à l'aide de MDSplusML, une version améliorée du logiciel open source MDSplus développé par les chercheurs du PSFC dans les années 1980 pour cataloguer les résultats expérimentaux d'Alcator C-Mod. Aujourd'hui, près de 40 instituts de recherche sur la fusion utilisent MDSplus pour stocker et fournir des données sur la fusion au monde extérieur. La sortie de MDSplusML vise à poursuivre cette tradition de collaboration ouverte.
Promouvoir la diversité et l’inclusion dans la recherche sur la fusion
Les chercheurs ont l'intention de lever les obstacles à la participation des femmes et des groupes sous-représentés à la recherche, non seulement en améliorant l'accès général aux données de fusion, mais également par le biais d'une école d'été subventionnée qui se tiendra à William & Mary au cours des trois prochaines années et se concentrera sur des sujets à l'intersection de la fusion et de l'apprentissage automatique.
Concernant l'importance de leurs recherches, Rhea a déclaré : « Ce projet vise à combler un besoin dans le domaine de la fusion et à jeter les bases de notre succès. Les progrès scientifiques dans le domaine de la fusion sont réalisés grâce à une collaboration multidisciplinaire et à une fertilisation croisée, l'accessibilité est donc une nécessité absolue. Je pense que nous comprenons tous maintenant que diverses communautés ont des idées plus diverses et qu'elles sont capables de résoudre les problèmes plus rapidement.
Les travaux du projet collaboratif s'inscrivent également dans les domaines de recherche importants identifiés par le programme de recherche coordonné (CRP) « Fusion Artificial Intelligence » de l'Agence internationale de l'énergie atomique. Rea a été sélectionné comme coordinateur technique du CRP de l'Agence internationale de l'énergie atomique, qui met l'accent sur l'engagement communautaire et l'acquisition de connaissances pour accélérer la recherche et le développement sur la fusion nucléaire. Dans une lettre soutenant le projet proposé par l'équipe, l'AIEA a noté : « Le travail que [les chercheurs] effectueront [...] bénéficiera non seulement à notre CRP, mais aussi à la communauté internationale de la fusion dans son ensemble. »
Dennis Whyte, directeur du PSFC et professeur d'ingénierie à Hitachi America, a ajouté : « Je suis heureux de voir le PSFC et nos collaborateurs à l'avant-garde de l'application de nouveaux outils d'intelligence artificielle, tout en encourageant et en permettant l'extraction de données critiques de nos expériences. »
"Avoir l'opportunité de diriger un projet aussi important est profond, et je ressens la responsabilité de démontrer que les femmes sont des leaders dans les domaines STEM", a déclaré Rhea. "Nous disposons d'une équipe incroyable de personnes profondément motivées pour améliorer notre écosystème de fusion et contribuer à la réalisation de l'énergie de fusion."