Avis de Soutenance

Monsieur Grégory DE DOMINICI

PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : ENERGIE, RAYONNEMENT ET PLASMA

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés

« Comprendre et prévoir le seuil en puissance réduisant le transport turbulent dans les plasmas de tokamaks »

dirigés par Monsieur Peter BEYER et Madame Clarisse BOURDELLE

Soutenance prévue le vendredi 25 octobre 2019 à 14h      Lieu :   Cadarache, 13115 Saint-Paul-lez-Durance  Salle : René Gravier

Composition du jury proposé :

M. Peter BEYER                                Aix Marseille Université                Directeur de thèse 

Mme Costanza MAGGI                 CCFE                                                     Rapporteur 

M. Paolo RICCI                                  EPFL                                                      Rapporteur 

M. Guillaume FUHR                        Aix Marseille Université                Examinateur 

Mme Clarisse BOURDELLE           CEA                                                       Co-directeur de thèse 

Mme Laure VERMARE                   Ecole Polytechnique                      Examinateur 

Motsclés : 

Transport turbulent,plasma, seuil en puissance, transition LH, Instabilité, mécanismes

Résumé :   La turbulence est la principale contribution au transport de chaleur et de matière dans les machines de fusion par confinement magnétique (tokamak), et donc un facteur limitant leur performance. Mais, il existe des régimes de fonctionnement de ces machines, où la turbulence est réduite. Il est important de comprendre comment et pourquoi la turbulence réagit à ce changement de régime. De plus la turbulence peut être stabilisée de manière plus efficace par un écoulement dans le plasma, via la décorrélation des vortex de convection par le cisaillement, ainsi que des couplages non-linéaires qui prélèvent de l'énergie de la turbulence. Cette réduction importante du transport turbulent par un écoulement est radialement localisée. Souvent observée dans les expériences, elle est liée à des régimes à confinement amélioré, nommés modes à haut confinement (mode H). Cette thèse porte sur les dépendances paramétriques de la turbulence dans un plasma de bord de tokamak, et du seuil en puissance de cette transition vers ce mode H. Des expériences tendent à montrer que l'écoulement moyen responsable de la barrière est gouverné par l'équilibre des forces. Mais il existe aussi une dynamique non-linéaire complexe entre la turbulence, les écoulements générés par la turbulence et l'écoulement durant la phase d'établissement de la barrière. Un modèle théorique premier principe, décrit dans [Chon14,Chon15] a réussi pour la première fois à simuler un tel phénomène, utilisant un modèle fluide de turbulence de plasma de bord. Ce modèle a été enrichit afin d'inclure les effets diamagnétiques, des fluctuations magnétiques, pour recouvrer les dépendances paramétriques du seuil en puissance observé. Les effets diamagnétiques ont longtemps été pris en compte car sont à l'origine d'une instabilité clef dans les plasmas de bord, les ondes de

dérives. En incluant ces effets, on permet la compétition entre lesdites ondes de dérives et l'instabilité d'interchange (présente de manière native dans le code) due à la courbure du champ magnétique. Cette compétition est étudiée dans ce travail au travers de simulations à gradient fixée, le but étant de se placer dans des conditions les plus proches possibles d'un plasma juste avant la transition en mode H. Il est montré que ces effets sont stabilisants aux résistivités proches de l'expérience. De plus, un flux estimé par une théorie quasilinéaire est capable de capter correctement l'évolution du transport turbulent en fonction de la résistivité dans un plasma de bord. Ceci n'était pas anticipé au vu des fortes fluctuations de pression dans un tel plasma. Les effets des fluctuations magnétiques sont aussi étudiés, qui sont d'autant plus déstabilisantes que la résistivité est basse. Nous montrons que les temps caractéristiques de la turbulence sont très fortement réduit par la prise en compte de ces fluctuations. Il devient donc plus difficile en régime électromagnétique de déchirer les vortex turbulents comparé à un cas électrostatique, et donc en résulte une augmentation du seuil en puissance. On montre enfin que plus la masse de l'isotope (hydrogène, deutérium, tritium) est élevée, au plus les phénomènes turbulents sont faibles, ce qui corrobore des résultats expérimentaux. En prenant en compte ces résultats, nous présentons l'auto-génération de barrière de transport en régime électromagnétiques delà d'un seuil en puissance, avec une dynamique semblable aux transition L-H. Nous montrons qu’une puissance plus élevée en régime électromagnétique qu'en électrostatique est nécessaire pour déchirer les vortex. Ensuite, l'isotope a été changé, du tritium a été utilisé au lieu du deutérium, et conformément aux expériences, le seuil en puissance de la transition L-H a diminué. Des explications sont proposées via une stabilisation de la turbulence liée à une masse d'isotope plus grande, et l'augmentation du temps de corrélation de la turbulence, facilitant le déchirement des vortex turbulents par des écoulements cisaillés.