M. Yannick MARANDET

Aix-Marseille Université

Directeur de thèse

M. Frank JENKO

Max Planck Institute of Plasma Physics

Rapporteur

M. Alberto LOARTE

ITER Organization

Rapporteur

M. Peter BEYER

Aix-Marseille Université

Examinateur

Mme Clarisse BOURDELLE

CEA Cadarache

Responsable CEA

M. Francis CASSON

Culham Centre for Fusion Energy

Examinateur

Mots-clés :

transport turbulent,plasma,tokamak,modélisation intégrée,

Résumé :

La fusion par confinement magnétique est actuellement la voie la plus avancée pour faire de la fusion thermonucléaire Deutérium/Tritium une source d’énergie exploitable. L’un des défis à relever pour y parvenir consiste à limiter la contamination de la réaction de fusion par le Tungstène (W), un matériau permettant par ailleurs de résister aux hauts flux de chaleur. Le grand nombre atomique du W fait qu'il rayonne dans les plasmas de tokamak. S’il s’accumule au cœur du tokamak, il refroidit le plasma. Il est donc crucial de comprendre les mécanismes du transport du W et d’identifier les paramètres favorisant son accumulation. Le transport du W est intrinsèquement lié aux différents paramètres du plasma (densité, température, rotation) à travers des interactions non-linéaires. La simulation intégrée est le seul outil permettant à tous ces paramètres d’être simulés de manière auto-consistante sur un intervalle de temps de l’ordre de plusieurs temps de confinement. Pour la première fois, l’outil de modélisation intégrée a été couplé à des codes de transport premiers principes pour modéliser de façon auto-consistante les transports turbulent et collisionnel du W, ainsi que l’évolution des profils de densité, température, rotation et radiation, de même que l’évolution du chauffage. Pour des raisons de temps de calcul, certains phénomènes ne sont pas modélisés et la physique de l'interaction avec la paroi interne est simplifiée. A chaque pas de temps, cette simulation reproduit avec succès les signaux expérimentaux (densité, température, rotation) et le comportement du W. De plus, des paramètres physiques responsables de l’accumulation du W (la rotation et la source centrale de particules) ont pu être identifiés. Enfin, la simulation intégrée a permis de mettre en lumière l’effet stabilisant du W sur la turbulence. Grâce à ce travail, nous avons montré que la modélisation intégrée premiers principes permet désormais d'optimiser à l'avance les scénarios de plasma afin d'y limiter l'accumulation de W.