16 000 images par seconde pour voir pourquoi le plasma d’un tokamak devient rose

Vous avez croisé ces images roses striées d’éclairs verts sans la moindre légende. Elles viennent du ST40, le tokamak sphérique de la société britannique Tokamak Energy. L’entreprise a publié ces images en couleur le 15 octobre 2025. Le rose vient du deutérium, un hydrogène lourd qui émet à la fois dans le rouge et dans le bleu. Les éclairs vert-jaune sont du lithium.

Ces grains de lithium tombent dans la machine par un distributeur de poudre installé récemment, l’Impurity Powder Dropper. Leur rôle est thermique. L’expérience teste un régime de fonctionnement appelé X-point radiator, qui consiste à refroidir le plasma avant qu’il n’atteigne les parois. Moins de chaleur sur les parois, c’est moins d’usure des composants exposés au plasma.

Concrètement, ce type de caméra change l’échelle de temps. Une seconde de plasma produit 16 000 vues. Rejouées à 25 images par seconde, la cadence d’une vidéo ordinaire, elles remplissent 640 secondes, soit 10 minutes et 40 secondes de film.

Pourquoi le lithium passe du rouge au vert

Le plasma naît de deutérium injecté dans la chambre toroïdale. Les grains de lithium entrent par la périphérie, la zone la plus froide. Le lithium y reste neutre et émet une lumière rouge cramoisi. Plus près du cœur, le plasma est plus chaud et plus dense qu’en périphérie. Les atomes perdent alors un électron et deviennent des ions de lithium chargés positivement. C’est cette forme ionisée qui brille en vert-jaune, le long des lignes du champ magnétique. La couleur indique donc deux choses : la nature de l’impureté et la profondeur qu’elle a atteinte.

Ce que la caméra sert à mesurer

Les chiffres de la machine sont publics : courant plasma jusqu’à 0,85 mégaampère, champ toroïdal jusqu’à 2,1 teslas (Nuclear Fusion, 14 mai 2026). Son grand rayon plafonne à 0,55 mètre. Dans ce volume, des flux de chaleur parallèles atteignant 150 mégawatts par mètre carré ont été mesurés vers le divertor. Sortir cette chaleur sans ruiner la paroi est le verrou de la fusion industrielle.

« La caméra couleur est particulièrement utile pour des expériences comme celles-ci. Elle nous permet d’identifier immédiatement si les impuretés gazeuses que nous introduisons rayonnent à l’endroit attendu, et si les poudres de lithium pénètrent jusqu’au cœur du plasma. »

Laura Zhang, physicienne (Tokamak Energy)

Le programme ST40 a un objectif affiché : explorer la physique des tokamaks sphériques à champ élevé et valider les modèles qui serviront à concevoir les machines suivantes. Les premières expériences menées avec le distributeur de poudre figurent parmi ses résultats marquants.

Le lithium est au cœur d’un programme de 52 millions de dollars baptisé LEAPS. Il est mené avec le département américain de l’Énergie et le ministère britannique de la Sécurité énergétique et du Zéro net.

Dans les années 1960, un logiciel de la NASA calculait la Lune telle qu’elle apparaissait dans les hublots d’Apollo. La reconstitution de ce code perdu a été publiée le 29 septembre 2026. Une image devient une mesure quand on sait ce qu’elle encode : ici, une longueur d’onde et une profondeur de pénétration.

Et chez nous ?

Le même mur de chaleur à Cadarache

ITER, en construction à Saint-Paul-lès-Durance, a dimensionné son divertor pour 10 mégawatts par mètre carré en régime permanent et 20 mégawatts lors des transitoires lents. Il compte 54 cassettes d’environ dix tonnes, blindées au tungstène. Les deux séries de chiffres ne se comparent pas directement : le flux parallèle se mesure le long des lignes de champ, la charge d’ITER sur la surface des cibles.

Le tokamak WEST, au CEA de Cadarache, a tenu un plasma d’hydrogène 1 337 secondes le 12 février 2025, soit près de 22 minutes. Les 2,6 gigajoules injectés ont été extraits par des composants en tungstène activement refroidis (CEA-IRFM, 19 février 2025). Le problème de la chaleur n’attend donc pas la mise en service d’ITER.

Une mesure de ST40 place la chaleur sur une bande jusqu’à dix fois plus étroite que les lois d’échelle établies ne l’annoncent. Autant la voir arriver.

Article créé en collaboration avec l’IA.