Thèse soutenue

Théorie cinétique non linéaire des ondes plasma électroniques et application à la diffusion Raman stimulée
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Auteur / Autrice : Mikael Tacu
Direction : Didier Bénisti
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 08/12/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et Matière
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Matière sous conditions extrêmes (Bruyères-le-Châtel, Essonne ; 2021-....)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Guy Bonnaud
Examinateurs / Examinatrices : Caterina Riconda, Xavier Leoncini, Dominique Escande, Nicolas Crouseilles, Paul-Edouard Masson-Laborde
Rapporteurs / Rapporteuses : Caterina Riconda, Xavier Leoncini

Résumé

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Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans un effort à long terme sur la description cinétique des ondes plasma électroniques (EPW), croissant à un taux beaucoup plus petit que la fréquence plasma. C'est le cas des ondes créées par diffusion Raman stimulée (SRS) dans les expériences de fusion par confinement inertiel, l'étude de l'interaction laser-plasma dans de telles expériences étant une des motivations premières de la thèse. Grâce aux résultats que nous avons obtenus, couplés à ceux de précédents travaux, nous pouvons désormais décrire complètement, et de manière très précise, les propriétés d'une onde plasma électronique créée par SRS, depuis le moment où elle croît à partir du bruit thermique jusqu'au moment où elle se brise. Nous avons ainsi calculé de manière auto-cohérente la fonction de distribution électronique, le décalage non linéaire en fréquence de l'onde plasma, ainsi que ses potentiel scalaire et vecteur. La connaissance de cette dernière quantité nous a permis de déduire le champ magnétique créé par une onde plasma non linéaire, qui n'est donc pas purement électrostatique. De plus, en montrant que la relation de dispersion non linéaire n'admettait pas de solution au-delà d'une certaine amplitude, nous avons pu donner une borne supérieure à la limite de wave breaking pour une onde plasma électronique. Les résultats obtenus sur le décalage en fréquence non linéaire et sur la limite de wave breaking ont été utilisés pour simuler la SRS à l'aide d'un code basé sur un tracé de rayons non linéaire. Cela nous a permis de calculer très précisément, et environ 10⁷ fois plus vite qu'avec un code Particle In Cell, le spectre des modes transverses de l'EPW, dans le cas où elle résultait de la SRS d'une onde laser focalisée dans le plasma. Enfin, dans un dernier temps, nous avons étudié la stabilité des ondes plasma que nous avons décrites. Nous avons tout d'abord résolu, pour la première fois, la théorie exacte de l'instabilité des particules piégées. Nous avons montré que, dans le cas d'une fonction de distribution lisse, le spectre des modes instables calculé théoriquement était en excellent accord avec celui déduit de simulations cinétiques de type Vlasov. De plus, nous avons mis en évidence la difficulté de traiter, à la fois théoriquement et numériquement, le cas d'ondes croissant très lentement, à cause de la variation abrupte de la fonction de distribution électronique près de la séparatrice. Nous indiquons alors les pistes de recherche à poursuivre pour surmonter cette difficulté.