Avis de Soutenance

Monsieur Nicolas Nace

Sciences pour l'ingénieur: Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés

Etude de la dynamique des barrières de transport spontanées et forcées dans le plasma de bord des tokamaks

dirigés par Guido Ciraolo et Patrick Tamain

Soutenance prévue le vendredi 9 mars 2018 à 14h00
Lieu : IRFM, CEA Cadarache, 13115 St Paul-lez-Durance
salle René Gravier

Composition du jury proposé

Le transport radial, principalement turbulent, limite les performances des machines à fusion par confinement magnétique. Un mode de confinement avancé, le mode H, est obtenu avec la plupart des machines quand un seuil est franchi sur la puissance de chauffage. Il est caractérisé par la suppression de la turbulence dans le plasma de bord, par la formation d'une barrière de transport et un raidissement du profil de pression dans le piédestal. Si le cisaillement ExB est identifié comme un mécanisme clé de la transition vers le mode H, notamment via la génération d'un écoulement cisaillé, l'interaction entre cet écoulement et la turbulence reste en partie incompris. Récemment, des simulations numériques du plasma de bord utilisant des codes de turbulence fluide ont retrouvés plusieurs caractéristiques d'une telle transition. Des simulations 2D en géométrie slab ont montré l'importance de la transition entre les lignes de champ magnétique ouvertes et fermées ainsi que le rôle du canal d'énergie ionique. La prise en compte d'une force de friction néoclassique (effets collisionnels inhérents à la configuration magnétique toroïdale) dans des simulations 3D des lignes de champs fermées a conduit à l'obtention d'un régime de confinement amélioré. Dans cette thèse, la dynamique des barrières de transport forcées et spontanées du plasma de bord est étudiée par le biais de simulations numériques 2D et 3D et l'impact de la géométrie magnétique est en particulier analysé. Des barrières de transport peuvent être générées en forçant artificiellement le cisaillement ou la courbure ExB. Les barrières obtenues présentent une large variabilité en termes d'amplitude et de fréquence de relaxation ainsi que de capacité à stopper la propagation radiale par turbulence. Des barrières se développent spontanément quand les lignes de champs fermées sont ajoutées dans le modèle 2D anisotherme en géométrie slab. L'efficacité des barrières est renforcée par la contribution de l'énergie ionique dans la vorticité généralisée. L'interaction entre les écoulements cisaillés et la turbulence est retrouvé dans des cycles d'hystérésis similairement aux prédictions de modèles proie-prédateurs simples. La pertinence des simulations 2D ou 3D en géométrie slab pour reproduire une transition L-H est remise en question en raison des approximations des modèles et des limites inhérentes à cette géométrie. Ces barrières de transport spontanées ne sont pas retrouvées en simulations isotherme 3D en géométrie circulaire réaliste avec un limiteur même en augmentant l'énergie des ions dans la vorticité généralisée. Dans cette même géométrie, deux barrières de transport spontanées, avec une faible extension radiale et constantes en temps, sont néanmoins observées de part et d'autre de la dernière surface magnétique fermées quand le profil de facteur de sécurité d'une géométrie divertor à point-X est reproduit. Ces barrières sont générées par le cisaillement magnétique qui modifie les propriétés de la turbulence.