Instabilité de déchirement multiple et cisaillement fluide dans un plasma chaud magnétisé

par Thibaut Voslion

Thèse de doctorat en Rayonnement et plasmas

Sous la direction de Peter Beyer.

Soutenue en 2010

à Aix-Marseille 1 .

mots clés

• Déchirement magnétique multiple
• Cisaillement fluide
• Kelvin-Helmholtz
• Intéractions multi-échelles
• Dynamique non linéaire
• Tokamaks
• Plasmas chauds

Résumé

Cette thèse traite des interactions multi-échelles entre instabilité de déchirement magnétique multiple et cisaillement fluide dans les plasmas de Tokamak. Cette étude est réalisée pour montrer l'influence du cisaillement fluide sur la reconnexion globale, phénomène non linéaire lie au double mode de déchirement, et extrêmement néfaste pour le confinement du plasma dans les Tokamaks. Une étude théorique et numérique du double mode de déchirement en présence d’un écoulement cisaille, pouvant déclencher l'instabilité de Kelvin-Helmholtz, est effectuée dans le cadre de la magnétohydrodynamique (MHD) réduite et résistive. L‘étude systématique des effets linéaires et non linéaires est effectuée ici en fonction des paramètres pertinents. Ainsi, un ensemble de dynamiques différentes est obtenue, turbulente ou non turbulente selon les différents paramètres. Nous trouvons que même en présence d'une forte turbulence, la dynamique mène de façon systématique à la reconnexion globale lorsque les surfaces résonnantes sont suffisamment proches l’une de l’autre. Cependant, la reconnexion globale peut—être fortement retardée par la présence du cisaillement fluide.

Titre traduit

Multiple tearing mode instability and shear flow in hot magnetized plasmas

Résumé

This thesis process a multi-sacle interaction study about Double tearing mode and shear flow instability in Tokamak. The study is made to show the influence of a shear flow on global reconnection, nonlinear phenomena linked to the double tearing mode, and harmful for plasma confinement in tokamaks. Both theoretical and numerical studies on double tearing mode in presence of a shear flow, which can trigger Kelvin-Helmholtz instability, is performed in the framework of reduced and resistive magnetohydrodynamics (MHD). The systematic study of linear and nonlinear effects is performed as a function of relevant parameters. Thus, different dynamics are obtained, with and without turbulence depending on parameters. We find that even in presence of a strong turbulence, the double tearing dynamics leads to the global reconnexion if resonnant surfaces are close enough. However, the global reconnexion may be significantly delayed in presence of a shear flow.