Interaction entre écoulements cisailles et transport turbulent dans les plasmas de fusion magnétique

par Michaël Leconte

Thèse de doctorat en Physique des plasmas

Sous la direction de Peter Beyer.

Soutenue en 2008

à Aix-Marseille 1 , en partenariat avec Université de Provence. Section sciences (autre partenaire) .

mots clés

• Plasmas (gaz ionisés) -- Turbulence
• Processus stochastiques
• Orages magnétiques

Résumé

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'interaction entre les écoulements cisaillés et la turbulence dans les plasmas chauds magnétisés. On s'est particulièrement focalisé sur l'étude de la dynamique complexe d'une barrière de transport et sur un moyen de contrôler ces oscillations de relaxations. Après avoir détaillé un modèle 3D auto-consistant décrivant la turbulence dans la région de bord d'une machine de fusion magnétique, nous avons dégagé au moyen de modèles 1D et 3D les principaux mécanismes à l'origine de la réduction du transport turbulent dans la région appelée barrière de transport. Nous avons, en particulier, étudié la décorrelation de la turbulence par un écoulement moyen cisaillé avec profil linéaire, et nous avons dérivé, en faisant une étude analytique et numérique utilisant un modèle 1D de scalaire passif, la dépendance du flux de chaleur radial en fonction du taux de cisaillement. Nous obtenons des résultats qui confirment que l'amplitude de la turbulence peut être plus fortement supprimée par l'écoulement cisaillé que le terme de phase entre les fluctuations de pression et de vitesse radiale, et que la dépendance du flux de chaleur radial et de ces composantes n'est pas universelle mais dépend du modèle utilisé ainsi que de la statistique de la source de turbulence. Enfin, nous avons étudié un moyen de contrôle des oscillations de relaxation d'une barrière de transport par des perturbations résonnantes, cette étude étant motivée par de récentes expériences de stabilisation des ELMs [Evans2004, Becoulet2008, Liang2007, Finken2007] au moyen de perturbations magnétiques résonnantes (RMPs) crées par un courant continu dans des bobines perturbatives externes. Nous avons reproduit dans des simulations 3D en utilisant les paramètres de la machine TEXTOR avec, à la fois, des RMPs et une barrière de transport, un effet stabilisant des RMPs sur les oscillations de relaxations de la barrière, sans perte de confinement majeure pour de faibles valeurs du courant perturbatif I_D (I_D 1. 5 kA) avec les paramètres de TEXTOR). Nous avons analysé cet effet et montré qu'il est lié à une modification du gradient de pression due essentiellement à la modification de la topologie magnétique, en particulier la formation de chaînes d'îlots résiduels et du transport induit par la stochasticité. On observe une érosion du gradient de pression (donc de la barrière de transport), au voisinage de la surface de résonance principale

Titre traduit

Interaction between shearflows and turbulent transport in magnetized fusion-grade plasmas

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