La cinquième campagne expérimentale de MAST Upgrade au Royaume-Uni établit un record de pression du plasma

L'Autorité britannique de l'énergie atomique (UKAEA) a achevé la cinquième campagne expérimentale de son installation de fusion phare, MAST Upgrade (MAST Upgrade). Cette campagne, menée entre 2025 et 2026 sur le site de Culham dans l'Oxfordshire, au Royaume-Uni, a produit plus de 1100 décharges de plasma et a atteint la pression de plasma la plus élevée jamais enregistrée sur cette installation, tout en surmontant les problèmes d'instabilité du plasma.

Dans les installations de fusion, les isotopes de l'hydrogène doivent être chauffés, comprimés et confinés dans des environnements à température et pression extrêmement élevées. Plus la densité et la température du plasma sont élevées, plus la réaction de fusion est intense, et un plasma à haute pression se rapproche également des conditions de fonctionnement requises pour les futures centrales électriques de fusion commerciales. L'UKAEA a indiqué que les résultats de cette campagne constituent l'une des avancées prioritaires de sa stratégie 2026—2030, dont l'objectif est d'établir les bases scientifiques permettant à la fusion de devenir une source d'énergie à faible émission de carbone déployable.

L'une des missions principales de cette campagne expérimentale était de supprimer l'instabilité des “Edge Localized Modes (ELM)”. Les ELM sont des éruptions soudaines au bord du plasma qui peuvent entraîner une chute de la pression du plasma et libérer, lors d'un seul événement, jusqu'à un dixième de l'énergie stockée, ce qui peut à long terme endommager les parois internes de l'installation et les composants d'échappement. Sans contrôle efficace, les dommages fréquents aux parois augmenteraient considérablement la difficulté et le coût de maintenance des futures centrales à fusion.

S'appuyant sur les résultats des campagnes précédentes, l'équipe de MAST Upgrade a utilisé le mode de quasi-continu exhaust (mode QCE) et le mode de suppression des ELM par perturbation magnétique résonante (RMP), appliquant des champs magnétiques tridimensionnels via des bobines pour réduire la pression au bord du plasma et maintenir la stabilité. L'équipe a également réalisé deux états de fonctionnement stables : le mode H stationnaire (mode QH) et le mode I. Ces modes de confinement améliorés permettent d'augmenter les performances de confinement d'énergie tout en atténuant l'impact des grands ELM.

Les expériences ont également permis de développer une technique de contrôle de la position du plasma. Les chercheurs ont identifié en temps réel de légers déséquilibres de position en mesurant la lumière visible émise par le deutérium dans les divertors externes supérieur et inférieur de l'installation, et ont ajusté le contrôle en conséquence. L'UKAEA estime que ces méthodes de contrôle automatisées et en temps réel revêtent une importance capitale pour le fonctionnement des futures centrales à fusion, car celles-ci devront maintenir un fonctionnement stable avec un minimum d'intervention humaine continue.

En ce qui concerne le contrôle des charges thermiques, l'équipe a utilisé le divertor Super-X de MAST Upgrade pour étudier la gestion de l'évacuation des fortes chaleurs et des particules. Les expériences ont montré que l'injection d'une petite quantité d'azote au bord du plasma permet à celui-ci de libérer la majeure partie de l'énergie des gaz d'échappement sous forme de lumière, réalisant une dissipation volumétrique avant que la chaleur n'atteigne les parois internes et le divertor, réduisant ainsi le flux thermique de pointe et l'usure des surfaces internes. Cette étude constitue également la première étude détaillée de ce type d'interactions dans une géométrie double nulle à divertor Super-X à baffles serrés d'un tokamak sphérique.

Cette campagne a également exploré la forme de plasma à “triangularité négative”. Cette configuration permet un fonctionnement à haute puissance sans apparition d'ELM et suscite actuellement un intérêt croissant au sein de la communauté internationale de la recherche sur la fusion.

James Harrison (James Harrison), responsable scientifique de MAST Upgrade à l'UKAEA, a déclaré que l'équipe avait réalisé plusieurs états de plasma stables et hautes performances, notamment les modes QH, QCE et I, et avait adopté une nouvelle technique de contrôle de la position du plasma. Ces résultats auront un impact sur la conception des futures centrales à fusion.

Ces résultats expérimentaux ont été présentés lors de la conférence 2026 de la Société européenne de physique (EPS) sur la physique des plasmas, organisée par l'UKAEA à Édimbourg, et sont partagés avec la communauté internationale de la fusion pour soutenir la conception et le fonctionnement du programme britannique de production d'énergie par tokamak sphérique (STEP) et du réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER).

L'installation MAST Upgrade sera encore renforcée cette année, notamment par l'ajout de deux nouveaux injecteurs de faisceaux neutres, doublant ainsi la capacité de chauffage par faisceaux neutres, et l'installation d'un système d'ondes de Bernstein électroniques (EBW), ajoutant 1,6 mégawatt de puissance de chauffage. Ce programme de renforcement devrait s'achever en 2027, et la sixième campagne expérimentale est prévue pour 2028, avec un accent particulier sur les sujets liés à STEP.