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Simulation des aimants supraconducteurs pour la fusion thermonucléaire : participation au développement du coupleur TACTICS

Au sein de l'IRFM/STEP (Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique / Service Tokamak Exploitation et Pilotage), le Groupe AIMants supraconducteurs (GAIM) conduit des activités de conception et de modélisation des aimants pour les machines de fusion, de type tokamak. Ces aimants de grandes dimensions permettent de confiner et de contrôler le plasma d'hydrogène, dans lequel se produisent les réactions de fusion thermonucléaire.

Les niveaux de champs magnétiques mis en jeu étant très élevés (plusieurs tesla), l'utilisation d'aimants résistifs "classiques" (bobines en cuivre) n'est plus retenu sur les tokamaks modernes, en raison de la puissance électrique requise qui serait du même ordre de grandeur que celle produite par le réacteur. Les tokamaks récents, en construction (JT-60SA au Japon, ITER en France) ou en projet (DEMO en Europe) ont recours à des systèmes magnétiques supraconducteurs : les aimants sont constitués de câbles supraconducteurs qui sont refroidis à température cryogénique (environ 4 K) par circulation forcée d'hélium et maintenus dans des structures en acier, dites boîtiers épais, permettant de reprendre les efforts électromagnétiques.

Parmi les logiciels en cours de développement, l'outil TACTICS permet de coupler 3 codes de calcul (TheA - CasT3m - sImCryogenicS) afin de fournir un modèle thermique et thermohydraulique d'un aimant supraconducteur et de son système cryogénique. Le stage portera sur le développement du couplage THEA/Cast3M, qui permet de simuler un aimant en quasi-3D, en couplant les modèles thermohydrauliques 1D des conducteurs (THEA) et le modèle thermique 2D des structures (Cast3M).

L'objectif du stage est d'améliorer l'ergonomie du coupleur, en intégrant des options prédéfinies de type d'aimant (sens du bobinage des conducteurs, géométrie des boîtiers épais et de leur réseau de canaux de refroidissement). Au sein de l'équipe de développement de TACTICS, le candidat sera amené à modifier le code THEA (langage Fortran) et le modèle Cast3M (langage Gibiane).

Ce stage s'adresse de préférence à un étudiant en Master 1 ou 2ème année d'école d'ingénieur, éventuellement en Master 2 ou 3ème année d'école d'ingénieur. Le travail demandé consistera pour une part importante en programmation scientifique, mais la connaissance des langages Fortran et Gibiane n'est pas pré-requise.

 

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