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Démarrage de quatre études sélectionnées par l’ANR, coordonnées par des chercheurs du LPP

Quatre études portant sur des thématiques différentes de physique des plasmas ont été sélectionnées par l’ANR, bénéficiant d’un soutien pour les trois années à venir.
EPIC – (Strongly Electronegative Plasmas for Innovative Ion Acceleration) coordonné par Ane Aanesland, s’intéresse à la physique des plasmas d’ions positives et négatifs. PLASMAFLAME (Kinetic and hydrodynamic effects in plasma-flame interactions), coordonné par Svetlana Starikovskaia, est dédié à l’étude fondamentale, expérimentale et numérique, de l’effet d’un plasma hors-équilibre basse-température sur les processus de combustion. SEDIBA (Simulation of Effective data and Diagnostic Signals at the Boundary of Tokamak Plasmas), coordonné par Pascale Hennequin, a pour but de comparer mesures et résultats de simulations pour la compréhension de la turbulence du plasma à la frontière des Tokamaks (préparation à ITER). Enfin THESOW (Turbulence and HEating in the SOlar Wind), proposé par Fouad Sahraoui et sélectionné dans la catégorie “jeunes chercheurs” se propose d’étudier le rôle de la turbulence vis-à-vis du chauffage et de l’accélération du vent solaire, exemple de plasma astrophysique.
Ces études coordonnées par des chercheurs du LPP, reposent sur des collaborations avec des partenaires de plusieurs laboratoires français.
 
 
EPIC - Strongly Electronegative Plasmas for Innovative Ion Acceleration
Coordinatrice : Ane Aanesland


Pour de nombreuses applications des plasmas froids, il est souhaitable de produire des plasmas comportant très peu ou pas d’électrons (plasmas ion-ion). En microélectronique par exemple, la gravure par plasma peut provoquer une charge de surface due aux électrons, entrainant des défauts dans le dessin du circuit. Pour les propulseurs par plasma, les électrons expulsés hors du moteur pour neutraliser le faisceau d’ions peuvent charger le satellite ou indirectement endommager les panneaux solaires.
Le but du projet EPIC est de permettre une connaissance approfondie de la physique des plasmas ion-ion. On tentera de répondre à des questions fondamentales avec une attention toute particulière à la formation en continu de tels plasmas, leur interaction avec des surfaces polarisées immergées dans le plasma et comment les ions chargés positivement ou négativement peuvent être manipulés par des électrodes ou des grilles polarisées alternativement.
Le projet EPIC permettra de développer des sources de plasmas ion-ion denses et d’acquérir les connaissances nécessaires au développement d’une technologie alternative pour l’accélération des ions. L’avantage par rapport aux techniques existantes est que les ions négatifs et les ions positifs sont accélérés à partir de la même source, éliminant ainsi les dégâts provoqués par les surfaces chargées ou la neutralisation en aval des faisceaux.
Le projet repose sur des expériences sophistiquées, des modèles analytiques et des simulations numériques dans un cadre de recherche fondamental. Pour en assurer le succès, il regroupe des experts de domaines complémentaires appartenant à trois laboratoires français : LPP, ICARE (CNRS, Orléans) et LAPLACE (CNRS, Université Paul Sabatier Toulouse).
 
 
PLASMAFLAME - Kinetic and hydrodynamic effects in plasma-flame interactions
Coordinatrice : Svetlana Starikovskaia


La compréhension des processus d’inflammation de combustibles demeure un sujet tant fondamental qu’appliqué de la recherche sur la combustion, Le projet PLASMAFLAME est dédié à l’étude théorique, expérimentale et numérique, des effets d’un plasma basse-température hors-équilibre sur les processus de combustion. Ces effets sont dus à l’interaction de phénomènes physico-chimiques complexes. La description détaillée des processus de combustion assistée par plasma nécessite des connaissances approfondies en physique des décharges plasma, hydrodynamique et cinétique chimique.
En plus de son intérêt en physique fondamentale, l’impact du projet proposé devrait être important dans d’autres domaines. En particulier, la meilleure connaissance des principes de l’inflammation et de la combustion assistée par plasma seront bénéfiques pour promouvoir la recherche sur les plasmas à haute pression en France, ouvrant ainsi un large éventail d’applications comme l’inflammation et la stabilisation de flamme dans des réacteurs à écoulement, le contrôle de la combustion en régime pauvre, l’auto-inflammation dans les moteurs HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) etc. Enfin, l’ultime finalité du projet concernera la mise en place du processus de décharge-plasma dans un moteur réel, en vue de l’étude de son impact sur la combustion.
 
 
SEDIBA Simulation of Effective data and Diagnostic Signals at the Boundary of Tokamak Plasmas
Coordinatrice : Pascale Hennequin


Le « plasma de bord », situé à la frontière entre le plasma confiné du tokamak, très chaud pour soutenir des réactions de fusion, et les parois de l’enceinte, est une zone déterminante pour les réacteurs à fusion magnétique comme ITER. C’est le lieu des interactions du plasma turbulent avec les parois, qui contrôlent à la fois la durée de vie des composants face au plasma et, dans une grande mesure, les performances de la machine. Un effort important, théorique et expérimental, est engagé d’une part à travers le développement d’une nouvelle génération de codes 3D en géométrie toroïdale réaliste incluant de manière cohérente les interactions du plasma turbulent avec la paroi, et d’autre part de techniques poussées de diagnostic des fluctuations turbulentes implémentées dans les tokamaks : sondes, caméras ultra-rapides, diagnostics de réflectométrie et diffusion. Le projet vise la comparaison quantitative entre les observations expérimentales et simulations, qui reste difficile, par la complexité des phénomènes en jeu, de la géométrie et de la physique des diagnostics, qui rendent l’interprétation des mesures délicate. Cela implique d’une part d’inclure dans la simulation toute la chaine de mesure, d’autre part de redéfinir l’interprétation des différentes mesures, et les valider par l’utilisation croisée des diagnostics dans des expériences conçues spécifiquement au laboratoire et sur les tokamaks. Cette approche devrait permettra de mieux comprendre l’interaction entre la turbulence et les écoulements, la dynamique et la structure 3D de la turbulence, notamment l’origine, la structure 3D et l’impact des blobs.
Le projet rassemble des équipes du LPIIM à Marseille, de l’IRFM à Cadarache, de l’IJL à Nancy et du LPP à Palaiseau.
 
 
THESOW Turbulence and HEating in the SOlar Wind
Coordinateur : Fouad Sahraoui


Le but du projet est d’élucider les processus de dissipations de la turbulence dans le vent solaire et son rôle dans les mécanismes de chauffage et d’accélération des particules. Ces problèmes sont au cœur des missions spatiales en cours de préparation comme ESA/Solar (2017) Orbiter et NASA/Solar Probe Plus (2019), dont lesquelles le LPP est fortement impliqué. Nous utiliserons une approche complète combinant l’analyse de données des missions spatiales ESA/Cluster et NASA/Themis, les simulations numériques (le code 3D Landau-fluide) et calculs théoriques/analytiques dans le cadre des modèles fluides (Hall-MHD, EMHD) et cinétiques. Les résultats attendus permettront certainement de mieux comprendre la turbulence dans le vent solaire, et de mieux appréhender d’autres milieux astrophysiques plus lointains et moins accessibles aux mesures directes.
Le projet impliquera des chercheurs aux compétences complémentaires venant de trois laboratoires (LPP, IAS -Orsay et Obs. de la Côte d’Azur). Deux post-docs (de 2 ans chaque) seront financés dans le cadre de ce projet.


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