Claudia NORSCINI

Jury composé de :

RESUME

Les barrières de transport sont un élément clé dans le contrôle du transport turbulent, afin d’atteindre de hautes performances dans les plasmas de fusion. De telles structures auto-organisées sont régulièrement observées dans les expériences, mais semblent présenter une large variété de comportements et d’impacts sur l'amélioration du confinement. Des études théoriques suggèrent l’auto-organisation de la turbulence comme une explication possible pour la formation de barrières de transport, mais une compréhension complète de ces dynamiques complexes reste à développer. Dans ce contexte, nous traitons de l’auto-organisation du  transport turbulent dans les plasmas de fusion dans le but d’améliorer la compréhension de la dynamique des barrières de transport. Les outils numériques que nous utilisons vont de simulations gyrocinétiques complexes de la turbulence,  à des simulations numériques plus simples utilisant un modèle fluide 2D, ainsi que des modèles proie-prédateur.

Deux principales caractéristiques de la turbulence auto-organisée, les avalanches et les écoulements zonaux, semblent contrôler le transport à grande échelle. Dans la région à lignes de champs ouvertes (SOL, Scrape Of Layer),  les avalanches,  intermittentes,  ne permettent  pas une séparation d'échelles – en temps et en espace - entre champs moyens et fluctuations. Dans le bord, où les surfaces magnétiques sont fermées, la génération de couches de cisaillement doubles dans les profils de vitesse tangente aux surfaces magnétiques radiales réduisent le transport turbulent. Une riche interaction entre  écoulements zonaux et turbulence a été observée et étudiée à la fois dans les modèles gyrocinétique et fluide. Le rôle de la criticité a été étudié de façon approfondie dans ce dernier cas, prouvant que le  ‘DIMITS shift’ n’est pas généré par des effets cinétiques spécifiques.

Un modèle turbulent 2D pour la génération de piédestal, qui n’est pas spécifique aux plasmas de tokamak, a été mis au point, le piédestal étant localisé à l'interface entre les régions présentant différents niveaux d’amortissement des écoulements zonaux : la zone de bord, où les écoulements zonaux sont faiblement amortis par les collisions, et la SOL, caractérisée par un amortissement des écoulement zonaux en raison des conditions limites. Les événements de relaxation quasi-périodiques sont étudiés en réduisant le modèle à trois couplages entre modes afin d’identifier l’interaction entre les streamers et les écoulements zonaux, ainsi que le rôle du tenseur de Reynold dans la génération et la saturation des barrières de transport. Un modèle proie-prédateur 0D a été développé, permettant de retrouver l'interaction entre la turbulence et les écoulements zonaux.

Enfin, plusieurs propriétés génériques des transitions d’un régime de confinement faible (L-mode) à élevés (H-mode) ont été identifiées dans le modèle:  (1) la génération d'un piédestal à l'emplacement de la séparatrice, (2) l'apparition d'un vide dans le spectre turbulent entre les écoulements zonaux et la microturbulence et (3) les événements de relaxation quasi-périodiques globaux régis par l'érosion due aux collisions.