Avis de Soutenance de thèse de Monsieur Antoine Jamann

Avis de Soutenance

Monsieur Antoine JAMANN

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

«Characterization of turbulence and its self-organization in tokamak plasmas using ultra-fast and synthetic reflectometry»

Soutenance prévue le mercredi 25 Novembre 2026 à 9h30

Et par Skype

Lieu : CEA – IRFM, salle René Gravier, Bâtiment 506

Composition du jury :

Teresa ESTRADA	CIEMAT, Madrid, Espagne	Rapporteure
Gregor BIRKENMEIER	IPP, Garching, Allemagne	Rapporteur
Filipe da SILVA	IPFN, Lisbonne, Portugal	Examinateur
Yann CAMENEN	PIIM, CNRS, Marseille	Président du jury
Frédéric CLAIRET	IRFM, CEA Cadarache	Directeur de thèse
Anna GLASSER	M2P2, CNRS, Marseille	Co-encadrante de thèse
Paulo ABREU	ITER Organization, St-Paullez-Durance	Membre invité
Stéphane HEURAUX	IJL, Université de Lorraine, Nancy	Membre invité

Abstract

In tokamaks, energy confinement is degraded by anomalous transport driven by turbulence. However, turbulence can self-organize into large scale structures such as zonal-flows or into E × B staircases, expected to reduce transport. Such structures are more prompt to appear near marginal stability, a regime expected for ITER. Experimental evidence of these structures remains scarce and debated. Microwave reflectometry, with its high spatio-temporal resolution and robustness to reactor conditions, is well suited to their study, but complex wave-plasma interactions make quantitative interpretation difficult. To support the interpretation of the measurements, the synthetic reflectometry diagnostic FeDoT, is combined turbulence simulations and with measurements from the ultra-fast swept reflectometer (UFSR) on WEST and ASDEX-Upgrade. The 2D full-wave code FeDoT was extended to ordinary-mode propagation, equipped with automatic convergence detection, optimized for high-performance computing and validated against a reference full-wave code IPF-FD3D. It was then applied to the ITER low-field side reflectometers in a D-T H-mode scenario, showing that O-mode antenna coupling drops below -20dB when probing deeper than ρ ≈ 0.75, consistent with the planned measurement range. FeDoT was coupled to synthetic turbulence, fluid (TOKAM2D), or gyrokinetic (GYSELA) simulations, to focus on fluctuation measurements studies. It has been shown that the phase response saturates through small-angle multiple scattering at levels well below theoretical thresholds. In addition, 2D effects cause underestimation even in the linear regime, and completely unreliable measurements if the beam is wider than the poloidal correlation length of turbulence. Three conditions for a quantitative measurement are established. On WEST, the discrepancy between O- and X-mode estimates is largely explained by a saturated phase response. Regarding self-organization, the synthetic diagnostic shows that radial correlation and coherence analyses, previously used on Tore Supra, cannot reliably identify shear layers, the instrument function being too broad. Frequency spectra instead carry robust signatures: in TOKAM2D they broaden at velocity maxima, contract where the velocity vanishes and exhibit Doppler shifts when probing at slight oblique incidence. In GYSELA simulations near marginality, spectral corrugations are reproduced but remain ambiguously linked to flows. On WEST, Doppler shifts and spectral widths measured by the UFSR, closely follow Doppler backscattering measurements of the edge radial electric field well, thus confirming the aforementioned flow signatures.

Keywords

Tokamak, Turbulence, Synthetic diagnostic, Reflectometry, Zonal-flow

Résumé

Dans les tokamaks, le confinement de l’énergie est dégradé par le transport anormal dû à la turbulence. Cependant, la turbulence peut s’auto-organiser en structures de grandes échelles, telles que les écoulements zonaux ou les E × B staircase, supposées bénéfiques pour les performances. De telles structures sont plus susceptibles d’apparaître à proximité de la stabilité marginale, un régime attendu pour ITER. Les preuves expérimentales de l’existence de ces structures restent rares et sujettes à débat. La réflectométrie micro-onde, grâce à sa grande résolution spatio-temporelle et à sa robustesse dans les conditions d’un réacteur, est particulièrement adaptée à leur étude. Cependant, les interactions complexes entre les ondes et le plasma rendent leur interprétation quantitative difficile. Pour supporter l’interpretation des mesures, le diagnostic de réflectométrie synthétique FeDoT est couplé à des simulations de turbulence et aux mesures réalisées avec le réflectomètre à balayage ultra-rapide (UFSR) sur WEST et ASDEX-Upgrade. Le code 2D full-wave FeDoT a été étendu à la propagation en mode ordinaire, doté d’une détection automatique de la convergence, optimisé pour le calcul haute performance et validé par comparaison avec le code full-wave IPF-FD3D. Il a ensuite été appliqué aux réflectomètres du côté bas champ d’ITER dans un scénario H-mode deutérium-tritium, montrant que le couplage de l’antenne en mode-O chute en dessous de -20dB pour des mesures au-delà de ρ ≈ 0.75, en accord avec la plage de mesure prévue. FeDoT a été couplé à des simulations de turbulence synthétique, fluides (TOKAM2D) ou gyrocinétiques (GYSELA), afin d’étudier les mesures de fluctuations. Il a été montré que la réponse en phase sature sous l’effet de diffusions multiples à petit angle, à des niveaux bien inférieurs aux seuils théoriques. De plus, les effets 2D conduisent à une sous-estimation même dans le régime linéaire, et à des mesures non fiables lorsque le faisceau est plus large que la longueur de corrélation poloidale de la turbulence. Trois conditions nécessaires à une mesure quantitative sont établies. Sur WEST, l’écart entre les estimations en modes-O et -X est en grande partie expliqué par la saturation de la réponse en phase. Concernant l’auto-organisation de la turbulence, le diagnostic synthétique montre que les analyses de corrélation et de cohérence radiales, précédemment utilisées sur Tore Supra, ne permettent pas d’identifier de manière fiable les couches de cisaillement, la fonction instrumentale étant trop large. Les spectres en fréquence présentent en revanche des signatures robustes : dans TOKAM2D, ils s’élargissent aux maxima de vitesse, se contractent lorsque la vitesse s’annule et présentent des décalages Doppler lors de mesures à incidence légèrement oblique. Dans les simulations GYSELA proches de la marginalité, des corrugations spectrales sont reproduites, mais leur lien avec les écoulements reste ambigu. Sur WEST, les décalages Doppler et les largeurs spectrales mesurés par l’UFSR suivent étroitement les mesures de réflectométrie Doppler par rétrodiffusion du puits de champ électrique radial en bord de plasma, confirmant ainsi les signatures d’écoulement précédemment identifiées.

Mots clés

Tokamak, Turbulence, Diagnostic synthétique, Réflectométrie, Ecoulements zonaux

………………………………………………………………………………………………………………………..

Participer à une Réunion Skype

Vous n’arrivez pas à rejoindre cette réunion ? Essayer l’App web Skype

Participer par téléphone

+33 1 69 35 55 10,,9218989908# (France) Français (France)

Rechercher un numéro local

ID de conférence : 9218989908

Avez-vous oublié votre code confidentiel de participation ? |Aide

Pour rejoindre la réunion Skype

Depuis un poste CEA ou non-CEA dans un navigateur Web (Windows, MacOS, Linux, iOS, Androïd) :