M. Philippe GHENDRIH

CEA Cadarache

Directeur de these

Mme Martine BAELMANS

KU Leuven

Rapporteur

M. Etienne GRAVIER

Université de Lorraine

Rapporteur

M. Luc VERVISCH

Université de Normandie

Examinateur

M. Jan HORACEK

Institute of Plasma Physics of the CAS

Examinateur

M. Yannick MARANDET

laboratoire PIIM Marseille

Examinateur

M. Patrick TAMAIN

CEA Cadarache

Examinateur

Mots-clés :

Tokamak,turbulence,plasma,transport de la chaleur,

Résumé :

La fusion nucléaire est une solution technologique prometteuse pour une nouvelle source d'énergie. Cependant, utiliser la fusion nucléaire par confinement magnétique comme source d'énergie représente un défi scientifique et technologique car cela requiert un bon confinement du plasma de cœur en même temps qu'un contrôle des flux de chaleur arrivant aux parois. Ce travail est motivé par la problématique centrale de la gestion des flux de chaleur dans les réacteurs de fusion. Cela est nécessaire pour éviter d'endommager des coûteux composants faisant face au plasma. Dans ce contexte, il est nécessaire de faire des prédictions fiables de l'étalement de la chaleur dans le but de dimensionner correctement ces futures machines. Cela appelle à un fondement théorique décrivant la manière dont l'énergie s'échappe du plasma de cœur à travers la séparatrice, et se répartit sur les composants faisant face au plasma. Pour atteindre cet objectif, la modélisation numérique est un complément nécessaire aux expériences, car ces dernières ne donnent qu'une information partielle sur l'état du plasma due à la difficulté de mesure dans un plasma à si haute température. Ce travail de thèse est dédié à l'étude numérique des différents aspects du transport de la chaleur dans le plasma de bord en utilisant les approches fluides. Le problème a été traité avec une approche graduelle en utilisant différent outils numériques. Une attention particulière est portée à deux mécanismes suspectés de jouer un grand rôle dans le transport de la chaleur : le transport intermittent due à la turbulence, établie comme un acteur majeur du transport des particules dans le plasma de bord en mode-L; et le transport convectif à large échelle par les vitesses de dérives, en particulier par les dérives de courbure. Les modèles dérivant de ce type de mécanisme ont récemment soulevé un intérêt particulier dû à leur bon accord avec les lois d'échelle expérimentales actuelles. Les premiers résultats des simulations anisothermes montrent que les caractéristiques générales de la turbulence ne sont pas drastiquement modifiées par la prise en compte de la dynamique de la température. Néanmoins ces simulations permettent de mettre en évidence l'existence d'un mécanisme d'instabilité additionnel en présence de fluctuations de température électronique et pointent l'importance des gradients de températures à l'origine de l'augmentation du cisaillement à la séparatrice, modifiant ainsi la pénétration de la turbulence dans la SOL. Finalement, les études à faible transport anormal ont montré l'existence d'un régime où la largeur de la Scrape-Off-Layer est régit par la dérive de courbure. Ce régime présente cependant des caractéristiques intrinsèques très complexes qui soulèvent la question de sa pertinence physique.