M. Eric SERRE

CNRS M2P2 / AMU

Directeur de Thèse

M. Paolo RICCI

École Polytechnique fédérale de Lausanne

Rapporteur

Mme Pascale HENNEQUIN

Ecole Polytechnique

Rapporteur

M. Giovanni LAPENTA

University of Leuven

Examinateur

M. Domiziano MOSTACCI

University of Bologna

Directeur de Thèse

M. Guido CIRAOLO

CEA IRFM - Centrale Marseille

Co-Directeur de Thèse

M. Benjamin DUDSON

University of York

Invité

M. Patrick TAMAIN

CEA IRFM

Invité

Mots-clés :

Modélisation, Tokamak, Turbulence, Transport, Plasma, Divertor

Résumé : La fusion nucléaire pourrait offrir une nouvelle source d'énergie stable, non émettrice de CO₂ et pérenne. Aujourd’hui, les tokamaks offrent les meilleures performances, en confinant un plasma à haute température au moyen d’un champ magnétique. Deux des enjeux technologiques majeurs pour l'exploitation des tokamaks sont l’extraction de puissance et le confinement du plasma sur des temps longs. Ces enjeux sont associés au transport de particules et de chaleur, déterminés par la turbulence, depuis le plasma centrale vers la zone de bord. Dans cette thèse, nous sommes intéressés par la modélisation de la turbulence dans la région de bord du plasma dans le tokamak. En particulier, nous étudions la configuration divertor, adoptée par la plupart des tokamaks, dans laquelle le plasma central est isolé des parois au moyen d’un champ magnétique additionnel. Cette géométrie magnétique complexe est simulée avec le code de turbulence fluide TOKAM3X, né de la collaboration de l'IRFM au CEA et du laboratoire M2P2 de l'Université Aix-Marseille.

Une comparaison avec des simulations en géométrie simplifiée montre une nature intermittente similaire de la turbulence. Néanmoins, l'amplitude des fluctuations, maximale au plan équatorial, est fortement réduite près du point X, où les lignes de champ deviennent purement toroïdales, en accord avec les données expérimentales récentes. Les simulations en configuration divertor montrent un confinement significativement plus élevé que en géométrie circulaire. Une inhibition partielle du transport radial de matière au niveau du point X contribue à cette amélioration. Ce mécanisme est potentiellement important pour comprendre la transition du mode de confinement faible au mode de confinement élevé, le mode opérationnel prévu pour ITER.