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J’adore cet exemple de l’une des formes les plus complexes que je puisse imaginer, car il y a beaucoup de profondeur dans la forme à décortiquer. Des exemples comme celui-ci fonctionnent souvent bien pour de nombreux publics, car chacun peut choisir son propre niveau d’intérêt. Les nombreuses couches du projet peuvent susciter l’intérêt à plusieurs niveaux ; on peut apprécier sa forme visuelle ou étudier la science profonde qui se cache derrière le développement de la forme. Possédant ma nature curieuse, je plonge directement dedans.
Dans le domaine de l’architecture, où le raisonnement spatial et la créativité spatiale sont fortement valorisés, l’étude du paramétrage du Wendelstien 7-X Stellarator et de la forme qui en résulte aiguise notre esprit critique et nos compétences analytiques pour comprendre et produire de telles formes sur notre lieu de travail. Je trouve la forme des aimants supraconducteurs du Stellarator sculpturale et moderne, et je suis profondément ému de savoir que cette forme est principalement dérivée des forces naturelles. La forme finale de chaque aimant est si délicate, contemplative et belle.
Enfin, pour moi, le Stellarator représente les meilleurs résultats que l’on puisse espérer d’une conception collaborative. Une seule personne n’aurait jamais pu développer un tel design. L’expertise de plusieurs membres de l’équipe a dû être réunie. Il a fallu des mathématiciens appliqués pour modéliser avec précision le plasma et les champs magnétiques, des physiciens expérimentaux pour calculer les forces exactes en jeu et analyser les résultats, et enfin des ingénieurs pour assurer la sécurité de l’engin. « Si ces forces sont celles auxquelles il faut s’attendre, quelle est la quantité de contreventement et de structure nécessaire ? »
Pour mieux comprendre le paramétrage utilisé et pourquoi il faut une conception collaborative pour obtenir une forme aussi complexe, nous faisons un rapide détour par la science de l’énergie de fusion. Nous ne faisons qu’effleurer le sujet – s’agissant d’un blog d’architecture, nous nous sommes déjà assez éloignés de notre sujet initial pour étudier une forme complexe – mais il faut dire quelque chose des caractéristiques de l’énergie de fusion, car elles informent fortement les variables et les paramètres choisis pour la conception. La fusion des noyaux de deux atomes nécessite une chaleur et une pression extrêmes. Elle est réalisée en laboratoire à l’aide de champs magnétiques très puissants. Les premiers modèles de réacteurs de fusion utilisaient la forme d’un tore, appelé tokamak, qui imite la forme des champs magnétiques dans la nature. On peut voir ci-dessous (à gauche) une illustration de cette conception, réalisée par le Joint European Torus hébergé dans l’Oxfordshire, au Royaume-Uni. Les images ne donnent pas une bonne impression de la grande échelle des réacteurs, bien plus grands qu’une personne.
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Les Allemands ont été beaucoup plus ambitieux dans leur conception. Le stellarator (à droite) est tout aussi grand, et partage certaines similitudes avec un tokamak en ce qu’il est également en forme de tore (avec un trou au milieu comme un beignet). Mais les amateurs de mathématiques remarqueront immédiatement une différence importante. Le plasma du 7-X est plié et replié et fait une sorte de boucle sur lui-même cinq fois. Ce comportement est prédit par la théorie généralisée des nœuds où de tels modèles sont étudiés. Quant à savoir pourquoi il s’agit d’une conception plus efficace, je me tourne vers l’analogie de l’essorage d’une serviette mouillée.
La conception du tokamak ressemble beaucoup à la tentative d’essorer l’eau d’une serviette avec seulement la compression. Nous apprenons tous dès notre plus jeune âge qu’il est beaucoup plus efficace de tordre le chiffon pour faire sortir le plus d’eau possible. C’est en fait ce que fait le stellarator aux points d’inflexion ; ce mouvement de torsion inhérent à la conception augmente drastiquement la pression qui peut être appliquée aux nucléasus en fusion, qui à leur tour – en théorie – devraient libérer plus d’énergie que celle mise en place.
Les scientifiques n’utilisent pas la théorie des nœuds abstraits pour modéliser ces champs parce qu’ils ne sont pas assez précis dans la réalité. La théorie des nœuds ne fait que suggérer sa forme. Le fait de calculer réellement les forces auxquelles il faut s’attendre fait appel à la conception collaborative pour compléter. La dynamique des fluides computationnelle joue un rôle majeur dans la modélisation, premièrement, du plasma, et deuxièmement, du champ magnétique. Une fois que la forme,la forme et la densité, du plasma nécessaire à la fusion des noyaux est connue, il s’agit alors de paramétrer le champ magnétique avec les aimants nécessaires pour le générer.
Ce processus scientifique aboutit à ces aimants merveilleusement en forme de serpentin, qui devraient probablement être décrits plus précisément comme des aimants supra-refroidis et supraconducteurs. C’est le seul moyen de générer des champs magnétiques suffisamment puissants. La forme aliénée des aimants est nécessaire pour enrouler le plasma sur lui-même. La conception prévoit 50 aimants courbes et 20 aimants plans pour générer la force et la forme de champ requises. Les 50 aimants courbes représentent une forme incroyablement complexe, même leur profil en coupe transversale s’ajuste lorsqu’ils encerclent le plasma. Et pourtant, je les trouve étrangement sculpturaux, prêts à être découverts dans un musée d’art moderne. Et tout le temps, je reviens à l’idée que tout ce qu’ils sont est un modèle de la Nature. Un élément de plus dans l’univers.
Les images incluses dans ce post rendent à peine justice à la forme. Chaque anneau est individuellement magnifique, et j’aimerais pouvoir me promener autour d’eux dans une galerie pour avoir une idée de tous leurs effets spatiaux. Pour avoir une meilleure idée de ce à quoi ressemblent ces objets en 3D, j’encourage les lecteurs à regarder la vidéo jointe à cet article. J’espère qu’elle donnera une meilleure idée du type d’espace 3D que ces objets créent.
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