LPP - Laboratoire de Physique des Plasmas - UMR 7648 - Mathieu Peret a soutenu sa thèse "Pousser la physique des barrières de transport jusqu’au mur : comment les conditions aux limites impactent-elles le confinement dans les tokamaks ?"

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Mathieu Peret a soutenu sa thèse "Pousser la physique des barrières de transport jusqu’au mur : comment les conditions aux limites impactent-elles le confinement dans les tokamaks ?"

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Mathieu Peret a soutenu sa thèse de doctorat "Pousser la physique des barrières de transport jusqu’au mur : comment les conditions aux limites impactent-elles le confinement dans les tokamaks ?" le mardi 1er février.

Résumé :
Ce travail est dédié à la compréhension de la formation des barrières de transport à la périphérie des plasmas de fusion confinés par champ magnétique. Deux axes principaux ont été suivis. Une caractérisation expérimentale des profils de rotation par réflectométrie Doppler a été effectuée dans le tokamak WEST en parallèle du développement d’un modèle de transport impliquant une description spectrale de la turbulence et de son interaction avec des écoulements cisaillés. Cette étude est appliquée à la région de bord faisant la jonction entre le plasma de cœur où ont lieu les réactions de fusion et la région d’interaction avec la paroi où le plasma dépose les particules et l’énergie sur le mur. L’établissement de barrières de transport dans cette région est attribué à la génération d’un écoulement fortement cisaillé atténuant la turbulence. Les observations expérimentales montrent que cet établissement est sensible aux conditions du plasma de bord notamment à la configuration magnétique, tels que la présence et la position d’un point X (point où le champ magnétique poloïdal est nul) ainsi qu’à l’amplitude de la densité locale. Une caractérisation expérimentale des profils de rotation au bord du plasma dans des conditions variées montre les impacts de l’injection de puissance de chauffage, de la configuration magnétique ainsi que de la densité sur l’amplitude et la forme des profils. En particulier, la topologie magnétique, au travers de la position du point X, en haut ou en bas du plasma, est à l’origine de l’absence ou de la présence d’un puit dans le profil. Cette différence s’estompe lorsque le courant plasma est augmenté. De plus, les premières études de l’accès à un mode de confinement amélioré dans WEST mettent en évidence des profils de rotation records. De manière intéressante, la configuration point X haut, usuellement défavorable à la transition, présente des profondeurs de puit plus importantes que dans la configuration symétrique en présentant cependant un gradient moins fort des profils de densité. Dans l’objectif de comprendre ces observations, une approche théorique a été développée pour décrire à la fois la turbulence et son interaction avec des écoulements cisaillés. Une approche spectrale a été appliquée aux équations décrivant la turbulence d’interchange plongée dans un écoulement de fond cisaillé. Ce point de départ permet de prédire à la fois des observables du transport (flux, niveaux de fluctuation) et le tenseur de Reynolds permettant la génération d’écoulement. Appliquée à la zone d’interaction avec la paroi, cette description permet de prédire les longueurs caractéristiques de dépôt de particules sur le mur. De plus, ce modèle est suffisamment générique pour permettre d’y inclure des effets plus complexes comme ceux de la collisionalité et de la géométrie. En effet, il ne dépend que de trois paramètres de contrôle : la courbure dépendant de la géométrie, la dynamique parallèle aux lignes de champs qui est fonction de la géométrie et de la densité et l’inclinaison des structures par l’écoulement de fond cisaillé ou le cisaillement magnétique. Ces effets sont étudiés au regard de l’impact de la forme du plasma et de la densité sur ces paramètres. Ce modèle a été vérifié avec des simulations 2D forcées par le flux avec des paramètres de contrôle dans l’espace des valeurs mesurées dans l’expérience. De surcroît, une comparaison des prédictions analytiques avec les mesures ont montré trois étapes de validation : 1) les spectres turbulents mesurés dans le torsatron TJ-K sont reproduits par les prédictions, 2) les propriétés de la turbulence ainsi que les longueurs de décroissance des profils de densité mesurés dans Tore Supra sont en accord quantitatif avec celles données par le modèle et 3) le modèle de génération d’écoulement par la turbulence reproduit les observations expérimentales concernant l’impact de la géométrie et du courant plasma.

Jury
M. Yann CAMENEN, Laboratoire Physique des Interactions Ioniques Moléculaires (PIIM), Rapporteur
Mme Teresa ESTRADA, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnologicas (CIEMAT), Rapporteure
Mme Dominique FONTAINE, Ecole Polytechnique, Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP), Examinatrice
M. Ulrich STROTH, Max Planck Institute for Plasma Physics, Examinateur
Mme Laure VERMARE, École polytechnique, Laboratoire de Physique des Plasmas, Directrice de thèse
M. Nicolas FEDORCZAK, IRFM, CEA Cadarache, Superviseur CEA
M. Philippe GHENDRIH, IRFM, CEA Cadarache, Invité

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