La compréhension des mécanismes physiques gouvernant les flux de particules et d’énergie dans la partie extérieure du plasma des tokamaks est fondamentale pour la détermination et l'optimisation des performances d’ITER ainsi que de l’espérance de vie de ses composants face au plasma.
La variété des phénomènes de physique impliqués, allant de la turbulence plasma à la physique atomique, ainsi que la complexité de la géométrie du plasma et de la paroi du réacteur rendent nécessaire l’utilisation de codes numériques mettant en œuvre des méthodes numériques avancées. Les aspects géométriques sont au centre du projet proposé ici. La vaste majorité des codes numériques développés dans le monde pour modéliser le plasma de bord s’appuie sur l’hypothèse d’une géométrie axisymétrique du champ magnétique confinant autour de l’axe central du tore. Si cette hypothèse est vraie au premier ordre, elle devient trop limitative car il apparaît de plus en plus clair que le champ appliqué dans les machines futures comme ITER sera, pour diverses raisons, volontairement ou pas perturbé par des composantes non axisymétriques. L’impact de ces perturbations sur l’équilibre et la dynamique du plasma de bord reste méconnu et pourrait influencer le régime opérationnel d’ITER.
Ce projet de thèse vise à étudier l’impact de champs magnétiques non axisymétriques sur le plasma de bord. Il s’appuiera sur les outils numériques développés au M2P2 en collaboration avec le CEA IRFM, plus spécifiquement les codes SOLEDGE2D (description du plasma par des champs moyens en lissant les fluctuations) et TOKAM3X (description complète des champs moyens et des fluctuations turbulentes). En s’appuyant sur une approche perturbative, les codes seront modifiés afin de prendre en compte ces effets 3D.
L’analyse des résultats portera principalement sur trois aspects :
1) la distribution des flux de chaleur sur les composants face au plasma ;
2) l’impact sur le transport laminaire et turbulent ;
3) le régime opérationnel du plasma de bord, en particulier l’interaction entre le plasma, sensible aux perturbations 3D du champ magnétique, et les particules neutres, insensibles à ces modulations et dont dépend la dissipation des flux de chaleur.
Idéalement le candidat aura une formation en physique des plasmas ou mécanique des fluides avec de fortes compétences en calcul scientifique.
L'étude sera réalisée au laboratoire M2P2 au sein de l'équipe Instabilité, Turbulence et Contrôle et en étroite collaboration avec le groupe de théorie et modélisation de l'Institut de Recherche pour la Fusion Magnétique au CEA Cadarache.
Contact M2P2: Eric Serre: eric.serre[at]univ-amu.fr
