Les États-Unis utilisent le premier supercalculateur exascale mondial pour modéliser des supernovae et des réacteurs à fusion

Des scientifiques américains du laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL), rattaché au Département de l'Énergie, ont utilisé Frontier, le superordinateur exascale le plus puissant du monde, pour modéliser la turbulence magnétohydrodynamique (MHD) dans les plasmas. Capable d'effectuer plus de deux quintillions de calculs par seconde, Frontier est classé troisième superordinateur le plus rapide au monde, derrière Aurora et El Capitan. L'équipe, dirigée par le doctorant Semih Kacmaz sous la supervision d'Eliu Huerta, scientifique computationnel à l'Argonne National Laboratory, a développé une approche en deux étapes combinant un opérateur neuronal informé par la physique et un modèle de diffusion génératif. Ensemble, ces deux systèmes d'IA produisent des prédictions de turbulences très détaillées en quelques secondes, avec une réduction des erreurs de plus de moitié par rapport aux méthodes conventionnelles.

Ce résultat représente une avancée majeure dans un domaine que les physiciens considèrent comme l'un des plus récalcitrants de leur discipline. La turbulence MHD régit le comportement des gaz ionisés soumis à des champs magnétiques, des phénomènes omniprésents dans l'univers : éruptions solaires, explosions de supernovæ, magnétosphère terrestre. Les méthodes traditionnelles, comme l'approche Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS), reposent sur des équations simplifiées qui lissent les détails fins et ne capturent pas toute la physique en jeu. Le nouveau cadre IA, lui, reconstruit les petits tourbillons et fluctuations rapides qui définissent les écoulements turbulents, ouvrant la voie à des modèles de supernovæ bien plus précis et à la conception de réacteurs à fusion nucléaire plus efficaces. "C'est la première fois que l'IA parvient à modéliser fidèlement la turbulence magnétisée dans des conditions aussi extrêmes", a déclaré Huerta.

La turbulence dans les plasmas constitue un obstacle de longue date pour deux domaines stratégiques : l'astrophysique, qui cherche à comprendre les explosions stellaires, et la fusion nucléaire, dont la viabilité industrielle dépend en partie de la maîtrise du comportement des plasmas à haute énergie. Des projets comme ITER ou les réacteurs privés de Commonwealth Fusion Systems se heurtent précisément à ces instabilités. En mobilisant l'allocation de temps de calcul sur Frontier pour générer des milliers de simulations haute-fidélité servant à entraîner leurs modèles, les chercheurs ont démontré que les supercalculateurs exascale peuvent débloquer des problèmes jugés hors de portée. L'équipe prévoit désormais d'étendre le modèle à des simulations plasma en 3D complètes et à des environnements astrophysiques plus complexes, ce qui pourrait accélérer à la fois la recherche fondamentale sur la dynamique des étoiles et le développement applicatif de la fusion comme source d'énergie décarbonée.