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Dissertationen zum Thema „Plasmas (gaz ionisés) – Confinement – Modèles mathématiques“
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Isoardi, Livia. „Modelisation du transport dans le plasma de bord d'un tokamak“. Aix-Marseille 3, 2010. http://www.theses.fr/2010AIX30066.
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La fusion par confinement magnétique est une des voies actuellement explorées pour le développement d'une source d'énergie propre et durable. Un grand nombre de problèmes ouverts subsistent qui nécessitent un effort de recherche conjoint bien au delà de la thématique traditionnelle des plasmas chauds. La région de bord du plasma située aux grands rayons du tokamak est celle qui nous intéresse dans ce projet car elle joue un rôle crucial pour le confinement indispensable ainsi que dans la détermination des flux d'énergie et donc des performances globales de la machine. La physique de la région de bord est particulièrement complexe du fait du changement de topologie magnétique et de l'interaction du plasma avec d'importants puits et sources de matière, de quantité de mouvement et d'énergie. La description fluide du plasma à partir des premiers principes peut assurer le développement de codes numériques en usage routinier à l'échéance d'ITER. C'est dans ce contexte que je me suis attachée au développement d'un code fluide bidimensionnel pour la modélisation du plasma de bord en remettant à plat les modèles et en validant de manière systématique les méthodologies numériques. Une étude des équilibres pour des plasmas isothermes et non isothermes sera présentée.
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Mage, Lucile. „Caractérisation d'un réacteur plasma de type résonance cyclotronique électronique à antenne longue : évaluation du réacteur pour un processus de dépôt“. Toulouse 3, 1997. http://www.theses.fr/1997TOU30174.
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Le sujet porte sur la caracterisation d'un reacteur plasma de type rce de grande longueur. L'outil de diagnostic employe est constitue d'un ensemble de six sondes electrostatiques de langmuir reparties le long du reacteur. Dans une premiere partie du sujet, nous avons presente les differentes etapes qui ont abouti a la mise au point du systeme automatique d'acquisition de la caracteristique i(v). Afin de pouvoir utiliser ce diagnostic en plasma de depot, nous nous sommes attaches a developper un systeme d'acquisition rapide (2000 points en 0. 33s) auquel est adjoint un module de degazage. Un programme de traitement numerique de la caracteristique recueillie a ete developpe. Grace a ce diagnostic que nous avons tout d'abord, employe en plasma d'argon, nous avons reussi a mieux cerner le fonctionnement particulier de notre reacteur. La presence d'une piste magnetique assurant le confinement des especes chargees induit une derice des electrons et des ions le long du reacteur. Nous avons constate que seule la configuration du reacteur permettant a la derive d'entrainer les electrons dans le sens de l'attenuation de l'onde conduit a une condition de decharge relativement homogene en densite. Dans la bonne configuration, une repartition correcte de la densite le long de l'antenne est conditionnee par un couple pression-puissance. Pour realiser des couches minces, nous avons employe un compose organosilicie, l'hexamethyldisiloxane (hmdso). Une condition de decharge relativement homogene en densite n'entraine pas un depot aussi uniforme le long du reacteur. Il semble que la cinetique de croissance ne soit pas seulement correlable a la densite des electrons mais aussi a leur energie. De plus, l'agencement actuel d'une part du systeme de pompage et d'autre part, du systeme d'introduction de gaz, ne favorisent pas l'homogeneite des depots. Les analyses infrarouges n'ont pas montre de modifications significatives de la composition des films.
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Sama, Juvert Njeck. „The effect of beta on the nonlinear generation of zonal structures in experimentally relevant tokamak plasmas“. Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2024. https://docnum.univ-lorraine.fr/ulprive/DDOC_T_2024_0111_SAMA.pdf.
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Les gradients spatiaux de température et de densité dans les plasmas de tokamaks excitent les micro-instabilités, qui interagissent de manière non linéaire pour former la turbulence. La turbulence augmente le transport de chaleur et de particules, réduisant le temps de confinement de l'énergie. Il est important de comprendre la dynamique des turbulences car il est nécessaire de réunir les conditions d'une combustion auto-entretenue dans un réacteur de fusion. Les structures zonales (ZS), c'est-à-dire les perturbations axisymétriques d'un plasma de tokamak, sont générées par la turbulence et jouent un rôle important dans sa saturation auto-entretenue. Il existe deux types de ZS : les écoulements zonaux à fréquence nulle (ZFZF) et les modes acoustiques géodésiques (GAM). Il a récemment été démontré que la dynamique des GAM change lorsqu'on passe du mode L au mode I et du mode I au mode H. En particulier, les GAM sont observés expérimentalement en mode de confinement faible (mode L) et en mode de confinement intermédiaire (mode I). En particulier, les GAM sont observés expérimentalement en mode de confinement faible (mode L) et en mode de confinement intermédiaire (mode I), et ils sont plus rarement observés en mode de confinement élevé (mode H). Un premier modèle linéaire expliquant ce comportement a été construit en utilisant la combinaison de leur Landau et de l'amortissement du continuum , qui affecte les GAMs plus fortement en mode H. Les structures zonales générées par les modes GAM peuvent interagir et se coupler avec les structures zonales générées par la turbulence induite par les instabilités, telles que les modes de type ITG (gradient de température des ions). Les effets cinétiques et de piégeage des particules, qui peuvent s'opposer à l'amortissement Landau, peuvent jouer un rôle dominant dans la dynamique des écoulements zonaux générés par les ITG. Il est particulièrement important de comprendre la dynamique des écoulements zonaux, leur mécanisme d'excitation et leur interaction avec les différentes instabilités du plasma et la turbulence. Dans cette thèse, la dynamique des GAM et des ZFZF est étudiée dans différentes configurations. Dans le chapitre deux, nous étudions la dynamique linéaire des modes acoustiques géodésiques dans un plasma anisotrope. Nous avons étudié les effets de l'anisotropie de la température des ions qui peut être introduite par divers mécanismes de chauffage du plasma, tels que l'injection d'un faisceau neutre (NBI), le chauffage par résonance cyclotronique ionique (ICRH) et le chauffage par résonance cyclotronique électronique (ECRH). Dans le troisième chapitre de cette thèse, nous avons développé une théorie linéaire globale pour étudier la dynamique linéaire des ondes de plasma dans la géométrie du tokamak pour des fonctions de distribution de particules arbitraires. Nous présentons une expression généralisée de la fréquence GAM en termes de fonction de distribution des espèces d'ions et du mode. L'équation de structure de mode généralisée de l'équation de structure de mode d'Alfven/ITG est dans l'unité de grand nombre de mode poloïdal. Dans le chapitre quatre, le code de simulation numérique ORB5 est discuté en détail, en soulignant toutes les hypothèses et les domaines d'applicabilité. Dans le chapitre cinq. Notre objectif principal était d'étudier l'impact des écoulements zonaux entraînés par les modes d'Alfven sur les instabilités ITG linéaires. Nous avons isolé cet effet des simulations électromagnétiques non linéaires autocohérentes et l'avons testé indépendamment en utilisant un ensemble d'outils numériques. Dans le chapitre six, nous passons en revue le modèle des "modes de particules". Nous montrons que la synchronisation des modes de particules conduit à l'amplification des flux zonaux, qui se produit même lorsque l'ion et les électrons admettent la même températureSpatial gradients in temperature and density in tokamak plasmas excite micro-instabilities, which interact non-linearly to form turbulence. Turbulence increases heat and particle transport, reducing the energy confinement time. Understanding turbulence dynamics is important to achieving the conditions for self-sustained combustion in a fusion reactor. Zonal structures (ZS), i.e., the axisymmetric perturbations of a tokamak plasma, are generated by turbulence and play an important role in its self-consistent saturation. Two types of ZS exist: zero-frequency zonal flows (ZFZF) and geodesic acoustic modes (GAM). Recent electrostatic nonlinear studies of turbulence-excited GAMs in Asdex upgrade (AUG) have shown that radially extended GAM structures can be excited by turbulence. The dynamics of GAMs have recently been shown to change when going from low confinement mode (L-mode) to intermediate confinement mode (I-mode) and from I-mode to high confinement mode (H mode). In particular, GAMs are observed experimentally in L-mode and I-mode and are more rarely observed in H-mode. A first linear model explaining this behavior was constructed using the combination of their Landau and continuum damping, which affects GAMs more strongly in H mode. Zonal structures generated by the GAM modes can interact and couple with the zonal structures generated by the turbulence induced by the instabilities, such as the so-called ITG (Ion Temperature Gradient) type modes. Kinetic and particle trapping effects can oppose Landau damping and dominate the zonal flow dynamics generated by ITGs. It is particularly important to understand the dynamics of zonal flows, their excitation mechanism, and their interaction with different plasma instabilities and turbulence. In this thesis, the dynamics of GAMs and ZFZF are studied in different configurations. In Chapter Two, we study the linear dynamics of geodesic acoustic modes in anisotropic plasma. We studied the effects of ion temperature anisotropy that can be introduced by various plasma heating mechanisms, such as neutral beam injection (NBI), ion cyclotron resonance heating (ICRH), and electron cyclotron resonance heating (ECRH). We show that ion temperature anisotropy can significantly modify the damping rate of the geodesic acoustic mode. In the third chapter of this thesis, we developed a global linear theory to study the linear dynamics of plasma waves in tokamak geometry for arbitrary particle distribution functions. We report a generalized expression of the GAM frequency in terms of the distribution function of the ion species and the mode. The generalized mode structure equation of the Alfven/ITG mode structure equation is in the large poloidal mode number unit. In chapter four, the numerical simulation code ORB5 is discussed in detail, pointing out all assumptions and domains of applicability. In chapter five. Our main focus was investigating the impact of zonal flows forced-driven by Alfven modes on linear ITG instabilities. We isolated this effect from self-consistent nonlinear electromagnetic simulations and tested it independently using a set of numerical tools that will be discussed later. We show that zonal flows forced-driven by Alfven modes can significantly mitigate ITG instabilities in an experimentally relevant scenario magnetic geometry. In chapter six, we review the "particle mode" model. We show that the synchronization of particle modes leads to the amplification of the zonal flows, which occurs even when the ions and electrons admit to the same temperature
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Militello, Fulvio. „Linear theory and saturation of tearing modes in plasmas“. Aix-Marseille 1, 2006. http://www.theses.fr/2006AIX11027.
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Dans ce travail sont étudiés la théorie linéaire et la saturation du Tearing Mode dans le plasma. Cette instabilité est associée la reconnexion magnétique, et a été avére un modèle valide pour expliquer plusieurs phénomènes de plasma, comme les éruptions chromosphériques, le comportement de la magnétosphère de la terre, et la physique des dispositifs expérimentaux utilisés dans le cadre de la recherche de la fusion contrôlée (Tokamak). Une attention particulière est portée à l'influence des asymétries de la densité de courant d'équilibre. Il est montré qu'un équilibre asymétrique peut affecter de manière signicative la relation de dispersion linéaire du mode et le niveau de saturation. Un procédé mathématique rigoureux, qui utilise des techniques perturbative, est développé pour résoudre le problème non-linéaire de la saturation. Cette procédure permet des prévisions fiables de la largeur nale de l'île magnétique liée à l'instabilité. Trois régimes de plasma sont étudiés, selon le modèle pour l'évolution de la résistivité, qui peut être affecté par la croissance du mode. Dans la section finale du travail, une partie des résultats analytiques obtenus est utilisée pour interpréter le Tearing Mode dans un cadre physique approprié pour des plasmas de fusion. En particulier, le modèle mathématique est étendu pour inclure des effets liés à la description Néoclassique du Tokamak. La complexité du problème non-linéaire ne permet pas une approche analytique directe, et doit être exploré avec des calculs numériques. Une recherche numérique systématique sur la saturation du Tearing Mode Néoclassique est présentée, dont résultats sont interprétés avec un modèle théorique simplifiéIn this work, the linear theory and the saturation of the Tearing Mode in plasmas are investigated. This instability is associated to magnetic reconnection, and has been proved a valid model to explain several plasma processes, such as the solar flares, the behavior of Earth's magnetosphere and the physics of the experimental devices used in nuclear fusion research (Tokamak). Specific attention is devoted to the influence of the asymmetries of the equilibrium current density. It is shown that an asymmetric equilibrium can affect significantly both the linear dispersion relation of the mode and the overall saturation level. A rigorous mathematical procedure, which employs perturbative techniques, is developed to solve the nonlinear saturation problem. This procedure allows reliable predictions of the final width of the magnetic island associated with the instability. Three relevant physical regimes of plasma are investigated, depending on the model for the evolution of the resistivity, which may be affected by the growth of the mode. In the final section of the work, part of the analytical results obtained is employed in the understanding of the Tearing Mode in a physical framework relevant for fusion plasmas. In particular, the mathematical model is extended to include effects related to the so-called Neoclassical description of the Tokamak. The complexity of the nonlinear problem does not allow a straightforward analytical approach, and has to be handled with numerical tools. A systematic numerical investigation of the saturation of the Neoclassical Tearing Mode is presented, the results of which are interpreted with a simplified theoretical model
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Coulette, David. „Simulation numérique de modèles cinétiques réduits pour l'étude de la dynamique des plasmas de fusion par confinement magnétique“. Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0159/document.
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Ce travail de recherche s'inscrit dans la problématique de la compréhension des phénomènes de transport turbulent de l'énergie et des particules au sein des plasmas de coeur des machines de fusion thermonucléaire par confinement magnétique. L'instabilité dite de gradient de température ionique, considérée comme une des sources majeures de transport turbulent, y est étudiée au moyen d'un modèle gyrocinétique. L'originalité de ce travail consiste en l'utilisation d'un modèle réduit, dit "Multi-Water-Bag", qui permet de réduire la dimension du problème tout en préservant les effets cinétiques. Ce modèle est développé dans deux types de géométries de champ de confinement. En géométrie cylindrique, l'évolution de l'instabilité est analysée au travers de trois modèles dynamiques : linéaire, quasi-linéaire et non-linéaire. L'analyse de stabilité linéaire permet d'obtenir les caractéristiques spectrales et géométriques de l'instabilité à partir d'une situation d'équilibre instable. Dans un deuxième temps, la confrontation par le biais de simulations numériques trois modèles dynamiques permet l'examen du développement de la turbulence, ainsi que les premières étapes de la saturation de l'instabilité. En géométrie torique, une analyse linéaire de stabilité est effectuée au moyen de deux méthodes, respectivement par intégration en temps et analyse spectrale, pour obtenir les caractéristiques des modes les plus instables. Pour chacune des géométries envisagées, les diverses méthodes numériques implémentées sont décrites et leurs performances évaluées. Une attention particulière est portée tout au long de ce travail à la mise en balance des coûts et bénéfices de la réduction Multi-Water-BagThe research exposed therein is developed in the context of the study of turbulent energy and particle transport phenomena occuring in magnetically confined fusion plasmas. A study of the ion temperature gradient instability, one of the main sources of such turbulent transport, is carried out using a gyrokinetic model. The main originality of this work lies in the use of a reduced model, the so-called Multi-Water-Bag model, which allows to reduce the problem dimension while preserving kinetic effects. The model is developed in two types of confinement field geometries. In cylindrical geometry, the growth of the instability is analysed by the mean of three dynamical models : linear, quasi-linear and non-linear. Starting from a given unstable stationary state, linear stability analysis allows one to obtain spectral and geometrical characteristics of the instability. In a second phase, comparing results of numerical simulations implementing the three dynamical models, the growth of turbulence is analysed as well as the first stages of non-linear saturation of the instability. In toroidal geometry, a linear stability analysis is performed. Two different methods, time-based and spectral, were implemented in order to obtain the spectral and geometrical characteristics of the most unstable modes. In both field geometries encompassed by this research, the numerical methods used to obtain the results are described and their performances analyzed. Throughout the work, particular care is given to the balance between the benefits and costs of the Multi-Water-Bag reduction
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Tamain, Patrick. „Etude des flux de matière dans le plasma de bord des tokamaks : alimentation, transport et turbulence“. Aix-Marseille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX11060.
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Le transport de la matière dans la zone de bord des tokamaks joue un rôle déterminant à la fois au centre sur les performances du plasma, puisqu’il gouverne l’établissement des profils de densité à partir de l’alimentation externe en particules, et en périphérie sur la durée de vie des composants face au plasma, puisqu’il fixe les flux de particules et d’énergie tombant sur les parois. Ce sujet reste cependant relativement peu exploré car l’interaction du plasma avec d’importants puits et sources de matière, quantité de mouvement et énergie rend la modélisation complexe. Dans la perspective d’ITER, des interrogations subsistent en particulier sur la capacité des systèmes d’alimentation par injection de gaz à atteindre les niveaux de densité élevés souhaités sans dégrader le confinement du plasma, ainsi que sur la forme des profils de densité obtenus et l’intensité des écoulements de matière au bord. Cette thèse s’inscrit dans un effort visant à mieux cerner les mécanismes régissant les flux de matière dans le plasma de bord et leur impact sur ces questions. Dans une première phase de notre travail, nous proposons une approche originale pour la modélisation de l’alimentation par injection de gaz en nous focalisant sur l’impact thermique de l’injection sur le plasma. En nous appuyant sur des modèles analytiques et numériques à nombre réduit de dimensions, nous démontrons en particulier l’existence de bifurcations thermiques déclenchées par l’injection et leur importance dans la dynamique du dépôt de matière. On montre ainsi que dans le cas de Tore Supra, le refroidissement local lié à une forte injection peut permettre une pénétration accrue de la matière (r/a = 1. 1 à r/a = 0. 9 en rayon normalisé), mais peut également mener à un déséquilibre thermique de l’ensemble du plasma en deçà d’un certain ratio puissance de chauffage / source de particules. L’extrapolation de cette étude pour ITER reste pessimiste quant à la profondeur de pénétration des neutres injectés. Toutefois, la sensibilité des résultats de ces modèles simplifiés à l’interaction entre les directions parallèle et perpendiculaire au champ magnétique montre la nécessité de développer des outils numériques modélisant de façon cohérente le transport de la matière dans les deux directions. Ceci a mené au développement d’un nouveau code 3D, présenté dans la seconde partie de ce travail. Il s’agit d’un code global en géométrie torique, prenant en compte les effets de courbure. Il résout les équations de dérive fluide électrostatique sans hypothèse de séparation d’échelle, ce qui permet de traiter avec le même outil les problématiques de transport à grande échelle comme les phénomènes de turbulence à petite échelle. Deux versions du code ont été développées et validées : l’une se place dans les lignes de champ fermées ; l’autre, plus lourde numériquement, inclut à la fois la Scrape Off Layer (SOL) et la partie externe du plasma confiné. Dans une dernière partie, le code est appliqué à la problématique des asymétries poloïdales sur les écoulements de matière dans la SOL, observées expérimentalement mais dont l’origine reste difficile à expliquer. Les simulations reproduisent l’ordre de grandeur des amplitudes mesurées et mettent à jour deux mécanismes distincts susceptibles de jouer un rôle dans ce phénomène, l’un à grande échelle, l’autre au niveau de la turbulence. Le premier vient d’un couplage entre les dérives à grande échelle et les effets de courbure dans la SOL, le second est lié à un ballonnement du flux radial turbulent côté faible champ. Enfin, l’importance de la résistivité parallèle du plasma sur les caractéristiques du transport turbulent est analysée et nous revenons sur l’impact d’une injection localisée de matière sur les propriétés de la turbulenceParticle transport in the edge of tokamaks plays a decisive role both in the center on plasma performances, since it governs the building of density profiles from external particle fuelling, and in the edge on the lifetime of plasma facing components, since it determines particle and energy fluxes reaching the wall. However, this subject has been little explored due to the complexity of modelling the interaction, in the same volume, of the plasma with strong particle, momentum and energy sources and sinks. In the perspective of ITER, the capability of gas puffing systems to reach required density levels without degrading the confinement, as well as the properties of density profiles and flows near the pedestal and in the SOL, remain open questions. This thesis contributes to the effort aiming at giving a better understanding of the mechanisms governing particle fluxes in the edge plasma and their impact on these questions. In a first phase of our work, we present an original approach for the modelling of fuelling by gas puffing, focusing on the thermal impact of the injection on the plasma. On the basis of analytical and numerical models with a reduced number of dimensions, we demonstrate the existence of thermal bifurcations trigerred by the injection and their importance in the dynamics of the neutral penetration and of the plasma relaxation. In the case of Tore Supra, we show that the local cooling linked to a strong injection allows a deeper penetration of particles (r/a = 1. 1 to r/a = 0. 9), but can also lead to a thermal instability of the whole plasma below a given ratio heating power / particle source. The extrapolation of this study for ITER remains pessimistic on the penetration depth of neutrals. However, the sensitivity of the results of these simplified models to the interaction between the parallel and perpendicular directions show that the developpement of numerical tools modelling coherently particle transport in both directions is necessary to progress on these questions. This led to the design of a 3D code presented in the second part of this work. This new tool is a full-torus code, including curvature effects. It solves electrostatic fluid drift equations without scale separation hypothesis, which allows to address with the same tool issues linked to large scale transport as well as micro-turbulence. Two versions of the code have been developped and validated : one treats exclusively closed field lines ; the other, more demanding from the numerical point of view, includes both the Scrape Off Layer (SOL) and the external part of the confined plasma. In a last part, the code is used to address the issue of poloidal asymmetries of parallel flows in the SOL which are observed experimentally but whose origin is not fully clear yet. Simulations reproduce the order of magnitude of measured amplitudes and evidence two different mechanisms which are likely to play a role in this phenomenon, the first at large scales, the other linked to turbulence. The former leans on a coupling between large scale drifts and curvature effects in the SOL while the latter is linked to the ballooning of the radial turbulent flux on the low field side. Finally, the importance of the plasma parallel resistivity on the characteristics of the turbulent transport is analysed as well as the impact of a localized particle injection on the local properties of turbulence
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Métral, Jérôme. „Modélisation et simulation numérique de l'écoulement d'un plasma atmosphérique pour l'étude de l'activité électrique des plasmas sur avion“. Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2002. http://www.theses.fr/2002ECAP0868.
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Un gaz ionisé (ou plasma) présente la propriété d'absorber ou de réfléchir les ondes électromagnétiques radar, si son taux d'ionisation est suffisant. Cette propriété suscite un intérêt particulier pour des applications dans le domaine de l'aéronautique. L'objectif de cette thèse est de pouvoir prédire les caractéristiques (électriques et énergétique) d'un plasma d'air faiblement ionisé dans un écoulement à pression atmosphérique. La description du plasma repose sur un modèle à deux températures, inspiré des modèles hors- équilibre thermique. L'écoulement du plasma est alors décrit par un système d'équations de l'hydrodynamique à deux températures couplé à un modèle collisionnel (description des échanges énergétiques) et à la cinétique chimique (réactions chimiques). Nous avons mis en œuvre un algorithme pour simuler le plasma en écoulement axisymétrique. Il s'agit d'un schéma numérique bidimensionnel de type Lagrange + Projection dont la phase de projection est un schéma d'ordre 2, adapté au transport multi- espèces. Cet algorithme nous permet de simuler des expérimentations sur l'écoulement d'un plasma atmosphérique pour valider les paramètres du modèle. Dans une deuxième partie, nous étudions la méthode des couches absorbantes parfaitement adaptées (PML) qui constitue une condition de bord pour la simulation en milieu ouvert. Son efficacité étant reconnue pour les problèmes de propagation d'onde électromagnétique, nous nous penchons sur un moyen d'adapter cette méthode de l'aéroacoustique (équations d'Euler linéarisées). Pour cela nous présentons deux approches : une méthode simple visant à éviter les oscillations numériques, et une approche plus générale où nous définissons une nouvelle formulation de couches absorbantes qui mène à des problèmes bien posésA ionized gas (or plasma) has the ability of absorbing or reflecting electromagnetic (radar) waves if its ionization rate is high enough. This is particularly interesting for aeronautics. This study aims at predicting the electric and energetic characteristics of a weakly ionized air plasma in an atmospheric pressure flow. The plasma is described by a two-temperature model, coming from the non-equilibrium description of plasmas. Plasma flow is then described by a two-temperature hydrodynamic system coupled with a collisional model (energy exchanges rates) and a kinetic model (chemical reactions). An algorithm was built to simulate plasma flow in axisymetric geometry. The algorithm is a 2D Lagrange + Projection scheme. The projection step was adapted to multi-components advection, using a second order, non oscillating, and bidimensionnal scheme. This algorithm allows the simulation of experiments concerning atmospheric pressure plasma and then the validation of the model parameters. In a second part, we study the Perfectly Matched Layer (PML) which is a boundary condition to simulate wave propagation in open domains. This method is particularly efficient for electromagnetic problems, and we want to enlarge this approach to aeroacoutics problems (linearized Euler equations). We propose two solutions: a practical approach to avoid numerical oscillations of the solution and a more general approach which consists in a new absorbing layer formulation which leads to well-posed problems
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Leray, Gary. „PEGASES: Plasma Propulsion with Electronegative Gases“. Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005935.
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Labit, Benoît. „Transport de chaleur électronique dans un tokamak par simulation numérique directe d'une turbulence de petite échelle“. Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11052.
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La compréhension de l'état turbulent d'un plasma de fusion, responsable du faible temps de confinement observé, constitue un enjeu fondamental vers la production d'énergie par cette voie. Pour les machines les plus performantes, les tokamaks, les conductivités thermiques ionique et électronique mesurées sont du même ordre de grandeur. Les sources potentielles de la turbulence sont les forts gradients de température, de densité présents au cœur d'un plasma de tokamak. Si les pertes de chaleur par le canal ionique sont relativement bien comprises, l'origine du fort transport de chaleur électronique est quant à elle largement inconnue. En plus des fluctuations de vitesses électrostatiques, il existe des fluctuations de vitesses magnétiques, auxquelles des particules rapides sont particulièrement sensibles. Expérimentalement, le temps de confinement peut s'exprimer en fonction de paramètres non adimensionnels. Ces lois d'échelle sont encore trop imprécises, néanmoins de fortes dépendances en fonction du rapport de la pression cinétique à la pression magnétique, ß et du rayon de Larmor normalisé, p* sont prédites. La thèse proposée ici cherche à déterminer la pertinence d'un modèle fluide non linéaire, électromagnétique, tri-dimensionnel, basé sur une instabilité particulière pour décrire les pertes de chaleur par le canal électronique et de déterminer les dépendances du transport turbulent associé en fonction de paramètres adimensionnels, dont ß et p*. L'instabilité choisie est une instabilité d'échange générée par le gradient de température électronique (Electron Temperature Gradient (ETG) driven turbulence en anglais). Ce modèle non linéaire est construit à partir des équations de Braginskii. Le code de simulation développé est global au sens qu'un flux de chaleur entrant est imposé, laissant les gradients libres d'évoluer. A partir des simulations non linéaires, nous avons pu mettre en évidence trois caractéristiques principales pour le modèle ETG fluide : le transport de chaleur turbulente est essentiellement électrostatique ; les fluctuations de potentiel et de pression forment des structures radialement allongées ; le niveau de transport observé est beaucoup plus faible que celui mesuré expérimentalement. L'étude de la dépendance du transport de chaleur en fonction du rapport de la pression cinétique à la pression magnétique a montré un faible impact de ce paramètre mettant ainsi en défaut la loi empirique d'Ohkawa. En revanche, il a été montré sans ambigui͏̈té le rôle important du rayon de Larmor électronique normalisé dans le transport de chaleur : le temps de confinement est inversement proportionnel à ce paramètre. Enfin, la faible dépendance du transport de chaleur turbulent en fonction du cisaillement magnétique et de l'inverse du rapport d'aspect a été mise en évidence. Bien que le niveau de transport observé dans les simulations soit plus faible que celui mesuré expérimentalement, nous avons tenté une confrontation directe avec un choc de Tore Supra. Ce tokamak est particulièrement bien désigné pour étudier les pertes de chaleur électronique. En conservant la plupart des paramètres d'un choc bien référencé de Tore Supra, la simulation non linéaire obtenue donne un seuil en gradient de température proche de la valeur expérimentale. Le niveau de transport observé est plus faible d'un facteur cinquante environ que le transport mesuré. Un paramètre important qui n'a pu être conservé est le rayon de Larmor normalisé. La limitation en p* devra être franchie afin de confirmer ces résultats. Enfin une rigoureuse confrontation avec des simulations girocinétiques permettra de disqualifier ou non l'instabilité ETG pour rendre compte des pertes de chaleur observées.
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Ben, Abdallah Naoufel. „Etude de modèles asymptotiques de transport de particules chargées : asymptotique de Child-Langmuir“. Palaiseau, Ecole polytechnique, 1994. http://www.theses.fr/1994EPXX0003.
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Dans cette thèse, l'étude de l'asymptotique de Child-Langmuir (acl) est effectuée pour modéliser des dispositifs semi-conducteurs ou à plasma. Cette asymptotique s'applique quand les particules sont injectées dans le dispositif avec une vitesse très faible devant celle qu'elles acquièrent à la sortie après accélération par le champ électrique. Il se crée alors une couche limite au voisinage de la zone d'émission ou il y a une forte charge (charge d'espace). Cette charge crée une barrière de potentiel réfléchissant les particules peu énergétiques et provoque une saturation du courant qui ne peut excéder une valeur limite appelée courant de Child-Langmuir. Ceci est bien connu pour les diodes à vide. Dans cette thèse on commence par appliquer la méthode pour un dispositif n+-n-n+ unidimensionnel stationnaire. Par un adimensionnement des équations on se ramène à une perturbation singulière de l'équation de Boltzmann. On en dérive un problème réduit plus facile à résoudre que le problème initial. Après avoir analyse le problème réduit, on montre la convergence. Dans une deuxième partie on modélise l'extraction d'ions d'un plasma. Outre la vitesse d'injection des particules, le modèle comporte un 2e petit paramètre (la longueur de dbye). On montre l'existence d'une zone électriquement neutre à partir de laquelle les ions sont émis selon la loi de Child-Langmuir. Le dernier travail concerne les problèmes in stationnaires et multidimensionnels pour lesquels l'acl est remplacée par une approche intermédiaire appelée méthode de pénalisation. On montre alors l'existence de solutions pour Vlasov-Poisson dans un domaine borné ainsi que pour Vlasov-Poisson pénalisé. Outre l'intérêt des résultats analytiques obtenus dans les cas simplifiés, les travaux exposés dans cette thèse peuvent fournir des éléments pour la définition d'algorithmes numériques et notamment pour le traitement des conditions aux limites.
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Bian, Nicolas. „Turbulence convective et transport intermittent dans un plasma magnétisé“. Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11012.
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Ce travail aborde les aspects intermittents du transport dans un plasma magnétisé. Pour rendre compte d'évènements de transport intermittents, nous prendrons pour point d'attache l'instabilité d'interchange dans le tokamak. Cette dernière est identique à l'instabilité de Rayleigh-Bénard dans les fluides neutres. En dégelant la structure dans la direction de la stratification, des modes sélectionnés par Lorenz (1963), dans son célèbre modèle à trois champs de la convection, on construit un modèle à une dimension de la convection turbulente. Grâce à ce modèle nous étudions le rôle d'un écoulement moyen, transverse à la direction de la stratification, dans le contrôle de l'intermittence et dans le déclenchement d'évènements de transport balistique
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Mekkaoui, Mohamed. „Transport des atomes et des molécules dans les plasmas fluctuants de bord des machines de fusion“. Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4784/document.
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La fusion thermonucléaire est l'une des candidates favorites a la production d'énergie au courant de ce siècle. Parmi les défi que nous pose cette discipline, on note la turbulence au bord des machine de fusion et l'interaction plasma paroi. En effet nous avons montre que les fluctuations turbulentes affectent le transport des particules neutres et le rayonnement qui leur est associe. En particulier, sont affectes les neutres lents (dont le libre parcours moyen est de l'ordre de la longueur de corrélation des fluctuations), comme les molécules et les atomes d´impuretés pulvérises a la parois. Cette conclusion nous a conduit a inclure ces fluctuations dans le code de transport EIRENE utilise pour le dimensionnement de la machine ITER. Il a aussi été montre qu'en moyenne les fluctuations favorisent la pénétration des neutres dans le plasmaEdge plasma of tokamaks manifests high level of fluctuations amplitude (>50%). It has been demonstrated that such a fluctuations affect significantly the transport of neutral particles, and in particular the slow particles as molecules and sputtered impurities. That is their penetration depth in the plasma is enhanced in the average. Then turbulent fluctuations are now implemented in the monte carlo transport code EIRENE used for the design of ITER
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Salanne, Jean-Philippe. „Contrôle du point de fonctionnement des décharges électriques par l'intermédiaire de leur alimentation“. Toulouse, INPT, 2005. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000167/.
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Le contrôle du point de fonctionnement des décharges électriques par leur alimentation est l'objet de cette étude. Les points de fonctionnement obtenus par le couplage de l'alimentation électrique et du dispositif de décharge peuvent être instables à cause du comportement dynamique de la décharge ou à cause d'une variation de sa longueur. Nous recherchons les différents couplages existant entre la décharge et les caractéristiques de son alimentation afin d'optimiser la conception et la commande de l'alimentation électrique pour favoriser le contrôle du point de fonctionnement. Dans cet objectif, on propose des modélisations analytiques et numériques du système qui permettent de simuler les couplages entre l'alimentation et la décharge. Cette approche est complétée par des investigations expérimentales qui permettent de considérer les cas de décharges pointe/pointe, des DBD et des décharges glissantesThe aims of this study is to control the operating point of electrical discharges. These points, resulting from the coupling between the power supply and its load, may be unstable because of the dynamic behaviour of the discharge or any change of its length. To optimize the design and the electronic control of the power supply, the couplings between the later and the discharge are prospected. Numerical and analytical models of the system are presented. These models can simulate the couplings between the power supply and a discharge and are used to achieve the design of the power supply and its control. This approach is completed by experimental investigations considering discharge between 2 points, glidarc and DBD
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Bonnement, Audrey. „Modélisation numérique par approximation fluide du plasma de bord des tokamaks (projet ITER)“. Nice, 2012. http://www.theses.fr/2012NICE4088.
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La Fusion par Confinement Magnétique (FCM) permet de favoriser les réactions de fusion et donc la production d'énergie par l'utilisation d'une enceinte de géométrie torique, appelée tokamak, soumise à d'importantes forces électro-magnétiques dans le but de confiner le plasma. Afin d'étudier le comportement du plasma de bord dans le cadre de la FCM, nous considérons un système fluide, obtenu à partir du modèle cinétique Vlasov-Maxwell avec fermeture de Braginskii. Une méthode de volumes/éléments finis est choisie pour approximer le modèle. Le système obtenu est de type Euler, ou Navier-Stokes anisotrope si on tient compte de la diffusion, auquel des termes modélisant le confinement du plasma sont rajoutés. Plusieurs méthodes sont proposées pour approximer ces termes ainsi que pour modéliser les conditions aux limites de Bohm, caractéristiques des tokamaks. Par ailleurs, une étude sur la modélisation volumes finis en géométrie cylindrique est menée dans laquelle on considère comme volume élémentaire la cellule engendrée par rotation autour de l'axe du tokamak d'une cellule bidimensionnelle, d'où une formulation conservative des équations. Différents résultats numériques sont présentés, notamment sur un problème de diffusion anisotrope avec rayonnement ou encore sur des simulations d'injection de pellets, glaçons de matière permettant le réapprovisionnement du tokamakMagnetic confinement fusion allows to favour fusion reactions and energy production with toric devices, called tokamaks, using an electro-magnetic field in order to confine the plasma. To study the edge plasma of tokamak, we use a fluid model, obtained from the Vlasov-Maxwell kinetic model and the Braginskii closure. A finite volume/element method is chosen to approach the model. The system is similar to the Euler or anisotropic Navier-Stokes systems, with additional terms to model the plasma confinement. We propose some methods to approach these terms and to model Bohm boundary conditions, characteristic of tokamak. Moreover, a finite volume method in cylindrical coordinates is proposed in order to preserve the conservative form of the equations. Thus, we consider as elementary volume, the cell which is given by rotation around the tokamak axis of the 2D cell. Several numerical results are given, e. G. For an anisotropic diffusion problem with radiation and also for simulations of pellet injections (matter ice cubes) to refuel the tokamak
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Dejarnac, Renaud. „Etude du plasma de bord du tokamak Tore Supra en vue de l'optimisation du pompage des particules et de l'injection supersonique de matière“. Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11055.
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Dans les réacteurs de fusion thermonucléaire, le contrôle de la densité du mélange de combustible deutérium-tritium, ainsi que l'évacuation des cendres d'hélium produites, est un point très important. Ce contrôle s'effectue en alimentant les décharges en combustibles par différentes méthodes (l'injection de gaz et l'injection de glaçons étant les plus répandues) et en installant des systèmes de pompage à la périphérie du plasma. Ces deux domaines sont abordés dans cette thèse tant du point de vue expérimental que théorique. Le principal outil utilisé dans le cadre de ce travail est le code de transport de particules neutres EIRENE. En ce qui concerne le pompage, nous avons modélisé le limiteur pompé médian de Tore Supra avec le code EIRENE auquel nous avons couplé un sous-module plasma, spécialement développé lors de la thèse, afin de simuler de manière auto-cohérente le plasma et les neutres. Cela a permis de valider le code en comparant les résultats des simulations aux données expérimentales. En ce qui concerne l'alimentation du plasma, nous présentons ici une nouvelle méthode : l'injection supersonique par impulsions (ISPI). Ce système, intermédiaire entre l'injection de gaz classique et l'injection de glaçons, a été développé et testé à Tore Supra. Il consiste à injecter de brèves bouffées de gaz très denses à grande vitesse dans le plasma. Expérimentalement, l'ISPI a montré une meilleure efficacité de remplissage que l'injection de gaz classique et provoque un fort refroidissement du plasma. Les mécanismes responsables de cette efficacité améliorée sont analysés à partir d'une modélisation basée sur le code EIRENE, pour déterminer la source d'ionisation liée à l'ISPI, et sur un code 1D de transport des particules développé pour reproduire la réponse du plasma. Enfin, une extrapolation de l'injecteur actuel de Tore Supra est présentée, ainsi qu'une discussion sur les conditions d'obtention d'une dérive radiale de la matière injectée, comme cela est observé dans le cas d'une injection de glaçons côté fort champ.
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Savatier, François. „Dynamique du modèle des sacs : application à la transition de phase de déconfinement“. Montpellier 2, 1988. http://www.theses.fr/1988MON20205.
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Afin de permettre une description phenomenologique de la transition de phase de deconfinement, la mecanique statistique d'un gaz de sacs avec traitement des interactions a la van der waals est developpee. Une methode tres intuitive de prise en compte des fluctuations spheriques des volumes est ensuite rigoureusement justifiee par une reprise de la dynamique du modele des sacs. Le spectre asymptotique des hadrons dans le modele des sacs est ensuite calcule pour diverses contraintes de jauge et permet une etude phenomenologique du comportement critique de la matiere baryoniquement chargee. Des resultats sont obtenus qui encouragent l'exploitation de la methode de prise en compte des fluctuations de volume
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Crispel, Pierre. „Modélisation mathématique et simulation de la transition d'une décharge électrostatique primaire vers un arc électrique secondaire entretenu par la puissance photovoltaïque d'un générateur solaire de satellite“. Toulouse, ENSAE, 2005. http://www.theses.fr/2005ESAE0021.
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Dans ce travail nous avons développé divers schémas numériques pour la description fluide d'un plasma quasi-neutre en expansion dans le vide entre deux électrodes afin de modéliser la transition d’une décharge primaire vers un arc électrique secondaire entretenu sur un générateur solaire de satellite. Le modèle de référence de notre étude est le modèle bifluide (ions et électrons) Euler-Poisson. Ce modèle fournit une bonne description du plasma, mais l'existence d'une condition de stabilité numérique sur le pas de temps liée à la quasi-neutralité engendre des coûts de calcul prohibitifs pour l'application physique à laquelle nous nous intéressons. À partir de ce modèle, une première stratégie conduisant à une première gamme de schémas consiste à explorer la limite formelle quasi-neutre dans Euler-Poisson. Ll en ressort un modèle de plasma quasi-neutre dont la dynamique est liée à l'existence d’un faisceau d’électrons entre l'interface plasma/vide et l’anode. Le couplage et l'implémentation de ce modèle sont réalisés en 1D. Une seconde stratégie est d'explorer l'existence d'un schéma asymptotiquement stable dans la limite quasi-neutre pour décrire le modèle bifluide Euler-Poisson. Nous montrons qu'il existe un algorithme de coût explicite permettant d'obtenir un schéma stable quelque soient les pas de temps et d'espace. Cet algorithme est implémenté en 1D et en 2D. Enfin, ont aussi été réalisées des études de modélisation physique autour des phénomènes de gaine et d'amorce d'arc. Cette étude permet de modéliser les conditions aux limites d'injection du plasma.
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Yang, Chang. „Analyse et mise en oeuvre des schémas numériques pour la physique des plasmas ionosphériques et de tokamaks“. Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10183/document.
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Ce travail de thèse porte sur la modélisation et la simulation numérique des plasmas ionosphérique et Tokamak. La première partie de ce travail concerne la modélisation et la simulation numérique des effets de perturbations ionosphériques sur les communications terre-satellite. Le point départ de cette partie est l’analyse asymptotique du modèle de Euler-Maxwell conduisant ainsi au modèle Dynamo, qui se traduit en un couplage en 3D entre une équation elliptique pour le potentiel électrique et une équation de conservation de masse pour la densité du plasma. Du fait de la forte anisotropie de la matrice de diffusion associée a l’équation elliptique, on a developpé un schéma numérique préservant l’asymptotique permettant ainsi le bon conditionnement du systeme linéaire. La simulation de l’équation de conservation de masse est faite à l’aide de schémas de lois de conservation d’ordre elevé. La validation de ce modèle Dynamo s’obtient par une étude comparative avec le modèle Striation en 2D. Dans la deuxième partie, on s’intéresse au plasma Tokamak. On extrait du modele TOKAM3D, une équation de balance d’énergie de type non-linéaire en dimension 2 contenant toutes les difficultés numériques. Les méthodes numériques standard étant très coûteux en temps CPU, on developpe un schéma implicite-explicite prouvé efficace et stable pour ce type de problème. Enfin, ce schéma est combiné à une méthode de splitting dimensionnelle pour la discrétisation et des expériences numériques sont alors presentéesThis thesis focuses on modeling and numerical simulation of ionospheric and Tokamak plasmas.The first part of this work concerns the modeling and simulation of ionospheric perturbations effects for earth-satellite communications. The starting point of this part is an asymptotic analysis of Euler-Maxwell model leading to Dynamo model, which results into a 3D coupling problem between an elliptic equation for the electric potential and a mass conservation equation for the plasma density. Because of the strong anisotropy of the diffusion matrix associated with the elliptic equation, we developed an asymptotic preserving numerical scheme thus allowing the well conditioned linear system. The simulation of the mass conservation equation is made by using high order conservation laws scheme. The validation of this model Dynamo is obtained by a comparison with the 2D Striation model. In the second part, we are interested in tokamak plasma. We extract from TOKAM3D model, a 2D nonlinear energy balance equation containing all the numerical difficulties. Standard numerical methods are very CPU consuming, thus we develop an implicit-explicit scheme shown efficient and stable for this type of problem. Finally, this scheme is combined with dimensional splitting method for the discretization and numerical experiments are then presented
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Lesur, Maxime. „The Berk-Breizman Model as a Paradigm for Energetic Particle-driven Alfvén Eigenmodes“. Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00563110.
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Le succès de la fusion nucléaire par confinement magnétique repose sur un confinement efficace des particules alpha, qui sont des ions hautement énergétiques produits par les réactions de fusion. De telles particules peuvent exciter des instabilités dans le domaine de fréquence des modes d'Alfvén (AEs) qui dégradent leur confinement et risquent d'endommager l'enceinte à vide de réacteurs futurs. Afin de développer des diagnostiques et moyens de contrôle, une meilleure compréhension des comportements linéaire et non-linéaire des interactions résonantes entre ondes plasma et particules énergétiques, qui constitue le but de cette thèse, est requise. Dans le cas d'une résonance unique et isolée, la description de la déstabilisation des AEs par des ions énergétiques est homothétique au problème de Berk-Breizman (BB), qui est une extension du problème classique de l'instabilité faisceau, incluant un amortissement externe vers un plasma thermique, et des collisions. Un code semi-Lagrangien, COBBLES, est développé pour résoudre le problème aux valeurs initiales de BB selon deux approches, perturbative (delta f) et auto-cohérente (full-f). Deux modèles de collisions sont considérés, à savoir un modèle de Krook, et un modèle qui inclue la friction dynamique et la diffusion dans l'espace des vitesses. Le comportement non-linéaire de ces instabilités dans des conditions correspondantes aux expériences est catégorisé en régimes stable, périodique, chaotique, et de balayage en fréquence (sifflet), selon le taux d'amortissement externe et la fréquence de collision. On montre que le régime chaotique déborde dans une région linéairement stable, et l'on propose un mécanisme qui résout le paradoxe que constitue l'existence de telles instabilités sous-critiques. On développe et valide des lois analytiques et semi-empiriques régissant les caractéristiques non-linéaires de sifflet, telles que la vitesse de balayage, la durée de vie, et l'asymétrie. Des simulations de longue durée démontrent l'existence d'un régime de sifflets quasi-périodiques. Bien que ce régime existe quel que soit l'un des deux modèles de collision, la friction et la diffusion sont essentielles pour reproduire l'alternance entre sifflets et périodes de repos, telle qu'observée expérimentalement. Grâce à ces découvertes, on développe une nouvelle méthode pour analyser des paramètres cinétiques fondamentaux du plasma, tels que le taux de croissance linéaire et le taux d'amortissement externe. Cette méthode, qui consiste à faire correspondre les simulations de COBBLES avec des expériences d'AEs qui présentent des sifflets quasi-périodiques, ne requiert aucun diagnostique interne. Cette approche est appliquée à des AEs induits par la toroidicité (TAEs) sur les machines JT-60 Upgrade et Mega-Amp Spherical Tokamak. On obtient des estimations de paramètres cinétiques locaux qui suggèrent l'existence de TAEs relativement loin de la stabilité marginale. Les résultats sont validés en recouvrant la croissance et décroissance de l'amplitude des perturbations mesurées, et en estimant les fréquences de collision à partir des données expérimentales d'équilibre.
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Madaule, Éric. „Schémas numériques adaptatifs pour les équations de Vlasov-Poisson“. Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0112.
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Le système d'équations de Vlasov-Poisson est un système très connu de la physique des plasmas et un enjeu majeur des futures simulations. Le but est de développer des schémas numériques utilisant une discrétisation par la méthode Galerkin discontinue combinée avec une résolution en temps semi-Lagrangienne et un maillage adaptatif basé sur l'utilisation des multi-ondelettes. La formulation Galerkin discontinue autorise des schémas d'ordres élevés avec des données locales. Cette formulation a fait l'objet de nombreuses publications, tant dans le cadre eulérien par Ayuso de Dios et al., Rossmanith et Seal, etc. que dans le cadre semi-lagrangien par Quo, Nair et Qiu, Qiu et Shu et Bokanowski et Simarta, etc. On utilise les multi-ondelettes pour l'adaptativité (et plus précisément pour la décomposition multi-échelle de la fonction de distribution). Les multi-ondelettes ont été largement étudiées par Alpert et al. pendant les années 1990 et au début des années 2000. Des travaux combinant la résolution multi-échelle avec les méthodes Galerkin discontinues ont fait l'objet de publications par Müller et al. en 2014 pour les lois de conservation hyperboliques dans le contexte des éléments finis. Besse, Latu, Ghizzo, Sonnendrücker et Bertrand ont présenté les avantages d'un maillage adaptatif dans le contexte de Vlasov-Poisson relativiste en utilisant des ondelettes à support large. La combinaison de la méthode Galerkin discontinue avec l'utilisation des multi-ondelettes ne requière en revanche qu'un support compact. Bien que la majorité de la thèse soit présentée dans un espace des phases 1d × 1v, nous avons obtenus quelques résultats dans l'espace des phases 2d × 2vMany numerical experiments are performed on the Vlasov-Poisson problem since it is a well known system from plasma physics and a major issue for future simulation of large scale plasmas. Our goal is to develop adaptive numerical schemes using discontinuous Galerkin discretisation combined with semi-Lagrangian description whose mesh refinement based on multi-wavelets. The discontinuous Galerkin formulation enables high-order accuracy with local data for computation. It has recently been widely studied by Ayuso de Dioset al., Rossmanith et Seal, etc. in an Eularian framework, while Guo, Nair and Qiu or Qiu and Shu or Bokanowski and Simarta performed semi-Lagrangian time resolution. We use multi-wavelets framework for the adaptive part. Those have been heavily studied by Alpert et al. during the nineties and the two thousands. Some works merging multi-scale resolution and discontinuous Galerkin methods have been described by Müller and his colleagues in 2014 for non-linear hyperbolic conservation laws in the finite volume framework. In the framework of relativistic Vlasov equation, Besse, Latu, Ghizzo, Sonnendrücker and Bertrand presented the advantage of using adaptive meshes. While they used wavelet decomposition, which requires large data stencil, multi-wavelet decomposition coupled to discontinuous Galerkin discretisation only requires local stencil. This favours the parallelisation but, at the moment, semi-Lagrangian remains an obstacle to highly efficient distributed memory parallelisation. Although most of our work is done in a 1d × 1v phase space, we were able to obtain a few results in a 2d × 2v phase space
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Chable, Stéphane. „Modélisation numérique d'un propulseur à plasma stationnaire“. Toulouse, ENSAE, 2003. http://www.theses.fr/2003ESAE0007.
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Le propulseur à plasma stationnaire, utilisé pour les changements d’orbite, est un moteur équipant les satellites géostationnaires. Son principe de fonctionnement est la création d’un plasma sous champ magnétique amenant à la génération d’un faisceau d’ions responsable de la poussée. Le but de cette thèse est de proposer un modèle numérique du propulseur et comprendre les oscillations basse fréquence du courant ionique observées expérimentalement. Dans un premier temps, on écrit un modèle axisymétrique, transitoire, quasineutre. Les équations de transport, fluides pour les électrons, cinétiques pour les particules lourdes, sont résolues respectivement grâce à un schéma aux volumes finis et une méthode particulaire. Les problèmes liés a cette méthode sont traités : instabilités de grille, terme source, coût CPU. Dans un deuxième temps, on propose un modèle qui permet de caractériser les oscillations en fonction du champ magnétique. Puis on valide qualitativement les résultats numériques.
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Gélix, Franck. „Modélisation des phénomènes de transport au sein d'un four à plasma“. Bordeaux 1, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR10665.
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Il existe aujourd'hui de nombreuses techniques de destruction des déchets parmi lesquelles l'incinération tient une place importante et grandissante. Cette technique générant à son tour des résidus ultimes toxiques (REFIOM), un procédé de vitrification par plasma a été mis au point et implanté dans l'usine d'incinération de Cenon (banlieue de Bordeaux) pour les neutraliser. Les REFIOM injectés dans le four sont alors vitrifiés et les éléments toxiques qui les composent sont emprisonnés dans une matrice verre stable dans le temps. Afin de mieux comprendre les mécanismes physiques présents dans le four à plasma, une modélisation numérique tridimensionnelle de l'ensemble des phénomènes est réalisée. Il s'agit avant tout d'un problème multiphasique de par la présence d'une phase gazeuse plasma d'air, gaz de vaporisation), d'une phase liquide (bain de verre en fusion) et d'une phase solide (REFIOM, verre solidifié). Afin de déterminer les conditions d'entrée de la source plasmagène dans le four, des écoulements libres de plasma d'air sont tout d'abord simulés et validés, puis la phase gazeuse est traitée au moyen d'un modèle multiconstituant en tenant compte des phénomènes radiatifs. Le mécanisme de changement d'état solide-liquide au sein du bain de verre est traité par une méthode de type fusion-solidification étalée et le rayonnement interne au verre est considéré. Les phases gazeuse et liquide sont traitées séparément avec des conditions particulières de raccordement à l'interface pour tenir compte des interactions entre les deux milieux. Enfin l'outil numérique développé, est validé au moyen de données acquises lors de campagnes expérimentales.
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Graille, Benjamin. „Modélisation de mélanges gazeux réactifs ionisés dissipatifs“. Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007444.
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Nous élaborons des modèles macroscopiques d'EDP pour les mélanges gazeux réactifs ionisés et nous effectuons diverses études mathématiques puis quelques simulations numériques. On détermine les équations macroscopiques ainsi que des expressions des flux detransport à partir d'un modèle de type Boltzmann par un développement de Enskog. Nous étudions alors les propriétés de symétrie apportées par l'entropie de ces équations couplées avec celles de Maxwell pour obtenir un théorème d'existence locale en temps d'une solution bornée et régulière pour le problème de Cauchy. Nous étudions ensuite un modèle de plasma ambipolaire en considérant la masse de l'électron comme un paramètre. Nous démontrons que la solution globale dépend continument de la masse de l'électron lorsque celle-ci s'annule. Nous calculons enfin des flammes ionisées planes et étirées d'un mélange hydrogène-air et obtenons des structures de flammes typiques avec un faible impact de l'ionisation.
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Bezanahary, Tahinaharinjaka. „Modélisation du comportement de la colonne positive d'un plasma de décharge dans les gaz rares purs“. Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30239.
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This work aims to provide a better understanding of the low pressure discharge lamps. We will interest particularly in low pressure discharge filled with pure rare gas only : neon, argon and xenon. We have developed a collisionnal radiative model based mainly on the system formed by the balance equations of particles densities and the balance equation of energy. By solving this system we can then calculates the basic parameters that describe the positive column. In this model, we choose a simplified atomic structure for the emitting atom. That means, we describe the atom with the first fourteen energy levels. Another hypothesis is that we have supposed an infinite positive column in order to avoid electrodes phenoma’s problems. The different parameters describing the plasma are shown when changing dimensions of the tube, the nature of the filling gas and the electrical input parameters. We can then deduce the optimal operating conditions for the low pressure mercury less discharge lamps
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Cesses, Yannick. „Modélisation bidimentionnelle d'une décharge à barrière diélectrique : mise en évidence de l'importance des phénomènes aux électrodes“. Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30036.
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Les décharges électriques contrôlées par barrière diélectrique jouent un rôle de plus en plus important sur le plan industriel. Généralement utilisées à la pression atmosphérique, leurs domaines d'applications s'étendent de la production d'ozone, aux traitements de surface polymère en passant par les sources incohérentes de rayonnement UV. A la pression atmosphérique, ces décharges sont généralement de type filamentaire. Mais, sous certaines conditions particulières d'alimentation, il est possible d'obtenir une décharge homogène, similaire à une décharge luminescente à basse pression. L'objectif de ce travail est, par le biais d'une modélisation bidimensionnelle de la décharge filamentaire, d'améliorer la connaissance des mécanismes de création et de propagation pour proposer une voie d'établissement du régime luminescent. Ce modèle fluide, basé sur un ensemble d'équations hydrodynamiques, prend en compte non seulement l'influence des particules chargées, mais aussi celle des particules lourdes (états radiatifs, métastables, ). Ces espèces excitées n'étaient jusqu'ici pas inclus dans les modèles de décharge filamentaire alors qu'elles jouent un rôle capital dans la propagation d'une décharge luminescente. L'étude systématique de la distribution spatio-temporelle de toutes les espèces prises en compte lors des différentes phases de propagation, a permis de mettre en évidence l'importante concentration d'espèces métastables non seulement dans le gaz, mais aussi au voisinage de la surface des diélectriques. L'émission secondaire d'électrons engendrée par impact de ces niveaux métastables sur la surface, bien que peu importante, semble être le mécanisme prépondérant pour l'établissement d'une décharge luminescente. En effet, il permet une ionisation à faible champ électrique nécessaire à l'établissement de ce régime.
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Gélix, Franck. „Modélisation des phénomènes de transport au sein d'un four à plasma“. Bordeaux 1, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR12150.
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Il existe aujourd'hui de nombreuses techniques de destruction des déchets parmi lesquelles l'incinération tient une place importante et grandissante. Cette technique générant à son tour des résidus ultimes toxiques (REFIOM), un procédé de vitrification par plasma a été mis au point et implanté dans l'usine d'incinération de Cenon (banlieue de Bordeaux) pour les neutraliser. Les REFIOM injectés dans le four sont alors vitrifiés et les éléments toxiques qui les composent sont emprisonnés dans une matrice verre stable dans le temps. Afin de mieux comprendre les mécanismes physiques présents dans le four à plasma, une modélisation numérique tridimensionnelle de l'ensemble des phénomènes est réalisée. Il s'agit avant tout d'un problème multiphasique de par la présence d'une phase gazeuse plasma d'air, gaz de vaporisation), d'une phase liquide (bain de verre en fusion) et d'une phase solide (REFIOM, verre solidifié). Afin de déterminer les conditions d'entrée de la source plasmagène dans le four, des écoulements libres de plasma d'air sont tout d'abord simulés et validés, puis la phase gazeuse est traitée au moyen d'un modèle multiconstituant en tenant compte des phénomènes radiatifs. Le mécanisme de changement d'état solide-liquide au sein du bain de verre est traité par une méthode de type fusion-solidification étalée et le rayonnement interne au verre est considéré. Les phases gazeuse et liquide sont traitées séparément avec des conditions particulières de raccordement à l'interface pour tenir compte des interactions entre les deux milieux. Enfin l'outil numérique développé, est validé au moyen de données acquises lors de campagnes expérimentales.
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Gauthier, Gaëtan. „Étude de structures électroniques non-linéaires dans la magnétosphère et le vent-solaire : théorie et simulations“. Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS676.
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Au cours de cette thèse, nous avons fait une étude en deux parties distinctes avec un point commun : l’instabilité de faisceau-plasma (ou « bump-on-tail » en anglais). Dans un premier temps, nous avons étudié les émissions d’ondes électromagnétiques à la fréquence plasma et sa première harmonique dans le contexte héliosphérique. Notre étude a été essentiellement numérique et basée sur des simulations (Smilei) massivement parallèles « Particle-In-Cell » (PIC) 2D3V générant des ondes électrostatiques puis électromagnétiques par relaxation d’un faisceau d’électrons à l’origine des sursauts radio de type III qui se propagent dans le plasma du vent solaire. En généralisant les études précédentes, les caractéristiques physiques et numériques de nos simulations nous ont permis d’étudier les modes principaux des ondes associées à ces émissions générées par un couplage non-linéaire. Par un choix de paramètres, nous avons montré que le bruit numérique (inhérent aux codes PIC) pouvait être suffisamment réduit pour nous permettre de modéliser les fluctuations de densité observées dans le vent solaire. Ce qui est une condition permettant de montrer que ces fluctuations, bien que très faibles, peuvent modifier les caractéristiques des émissions. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à des structures cinétiques non-linéaires appelées « trou d’électron dans l’espace des phases » (ou EH en abrégé) observées dans de nombreuses régions de la magnétosphère. Notre étude a été menée suivant deux approches : (i) Une étude théorique basée sur la méthode intégrale BGK (pour Bernstein-Greene-Kruskal) permettant de déterminer les distributions des particules (électrons et ions) associées à ces EHs, ainsi que leurs conditions d’existence. Nous avons ainsi développé un modèle 3D de symétrie de révolution autour du champ magnétique ambiant, qui tient compte à la fois de la dérive de polarisation des électrons et d’une description plus réaliste des conditions aux limites du plasma avec l’introduction de la vitesse de l’EH par rapport au plasma ambiant. Ce modèle nous a permis de caractériser le rapport entre échelles parallèle et perpendiculaire des EHs dans les différentes régions de la magnétosphère ainsi que certaines restrictions sur leurs conditions d’existence. (ii) La seconde approche est une étude numérique PIC permettant de générer ces EHs avec des conditions initiales réalistes et de les comparer aux observations spatiales in situ. Grâce à une étude paramétrique, nous avons montré que les conditions du milieu (champ magnétique ambiant, densité du faisceau) impactent leur génération et leur nature (quasi-électrostatique ou avec une composante de champ magnétique interne). Cette étude numérique qualitative et quantitative a notamment permis de préciser certains paramètres comme la densité du faisceau encore difficilement accessible aux mesures des missions spatiales, ainsi que d’autres caractéristiques fondamentales des EHs telles que leur vitesse de propagation ou encore la conservation et la conversion d’énergie en leur seinIn the course of this thesis, we carried out a study in two distinct parts, with one thing in common : beam-plasma (bump-on-tail) instability. Firstly, we studied electromagnetic wave emissions at the plasma frequency and its first harmonic in the heliospheric context. Our study was essentially numerical, based on massively-parallel 2D3V Particle-In-Cell (PIC) simulations (Smilei) generating electrostatic and then electromagnetic waves by relaxation of an electron beam at the origin of type III radio bursts propagating in the solar wind plasma. By generalizing previous studies, the physical and numerical characteristics of our simulations have enabled us to study the principal modes of the waves associated with these emissions generated by non-linear coupling. Through a choice of parameters, we showed that the numerical noise (inherent in PIC codes) could be reduced sufficiently to allow us to model the density fluctuations observed in the solar wind. This is a prerequisite for showing that these fluctuations, although very small, can modify the emission characteristics. We then turned our attention to the non-linear kinetic structures known as electron holes in phase space (or EH for short) observed in many regions of the magnetosphere. Our study has been carried out using two approaches : (i) A theoretical study based on the BGK (Bernstein-Greene-Kruskal) integral method to determine the distributions of particles (electrons and ions) associated with these EHs, as well as their conditions of existence. We have thus developed a 3D model of revolution symmetry around the ambient magnetic field, which takes into account both electron polarization drift and a more realistic des- cription of plasma boundary conditions with the introduction of the EH’s velocity relative to the ambient plasma. This model has enabled us to characterize the relationship between parallel and perpendicular scales of EHs in different regions of the magnetosphere, as well as some restrictions on their conditions of existence. (ii) The second approach is a numerical PIC study, which allows us to generate these EHs with realistic initial conditions and to compare them with in situ spatial observations. Thanks to a pa- rametric study, we have shown that environmental conditions (ambient magnetic field, beam density) have an impact on their generation and nature (quasi-electrostatic or with an internal magnetic field component). This qualitative and quantitative numerical study has made it possible to specify certain parameters, such as beam density, which is still not easily accessible to space mission measurements, as well as other fundamental characteristics of EHs, such as their propagation speed or even the conservation and conversion of energy within them
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Parisot, Martin. „Modélisation intermédiaire entre équations cinétiques et limites hydrodynamiques : dérivation, analyse et simulations“. Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10052/document.
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Ce travail est consacré à l’étude d’un problème issu de la physique des plasmas : le transfert thermique des électrons dans un plasma proche de l’équilibre Maxwellien. Dans un premier temps, le régime asymptotique de Spitzer-Härm est étudié. Un modèle proposé par Schurtz et Nicolaï est situé dans le contexte des limites hydrodynamiques hors du cadre strictement asymptotique et analysé. Le lien avec les modèles non-locaux de Luciani et Mora est établi, ainsi que des propriétés mathématiques comme le principe du maximum et la dissipation d’entropie. Ensuite, une dérivation formelle à partir des équations de Vlasov est proposée. Une hiérarchie de modèles intermédiaires entre les équations cinétiques et la limite hydrodynamique est décrite. Notamment, un nouveau système hydrodynamique, de nature intégro-différentielle, est proposé. Le système de Schurtz et Nicolaï apparaît comme une simplification du système issu de la dérivation. L’existence et l’unicité de la solution du système non stationnaire sont établies dans un cadre simplifié. La dernière partie est consacrée à la mise en oeuvre d’un schéma numérique spécifique pour résoudre ces modèles. On propose une approche par volumes finis pouvant être efficace sur des maillages non-structurés. La précision de ce schéma permet de capturer des effets spécifiques de nature cinétique, qui ne peuvent être reproduits par le modèle asymptotique de Spitzer–Härm. La consistance de ce schéma avec celui de l’équation de Spitzer–Härm est mise en évidence, ouvrant la voie a des stratégies de couplage entre les deux modélisationsThis work is devoted to the study of a problem resulting from plasma physics: heat transfer of electrons in a plasma close to Maxwellian equilibrium. Firstly, the asymptotic regime of Spitzer-Harm is studied. A model proposed by Schurtz and Nicolai is analyzed and located in the context of hydrodynamic limits outside of the strictly asymptotic. The link to non-local models of Luciani and Mora is established, as well as the mathematical properties such as the principle of maximum and entropy dissipation. Then, a formal derivation from the Vlasov equations is proposed. A hierarchy of intermediate models between the kinetic equations and the hydrodynamic limit is described. In particular, a new system hydrodynamics, integro-differential by nature, is proposed. The system Schurtz and Nicolai appears as a simplification of the system resulting from the diversion. The existence and uniqueness of the solution of the nonstationary system are established in a simplified framework.The last part is devoted to the implementation of a specific numerical scheme for solving these models. We propose a finite volume approach can be effective on unstructured grids. The accuracy of this scheme to capture specific effects such as kinetic, which may not be reproduced by the asymptotic Spitzer-Harm model. The consistency of this pattern with that of the Spitzer-Harm equation is highlighted, paving the way for a strategy of coupling between the two models
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Bianchetti, Morales Rennan. „Density profile reconstruction methods for extraordinary mode reflectometry“. Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0031/document.
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Le but de cette thèse est d'améliorer les techniques d'analyse de données de la réflectométrie à balayage de fréquence pour la détermination du profil de densité des plasmas de fusion. Au cours des deux dernières décennies, des améliorations significatives ont été apportées sur la partie matérielle et sur d'extraction des signaux, mais l'analyse des données est en retard et nécessite d'autres améliorations pour répondre aux spécifications exigées pour un fonctionnement en continu des futurs réacteurs. Les améliorations obtenues lors de ce travail de thèse sur la reconstruction des profils de densité fournissent une meilleure précision en un temps plus court ceci même en présence de trou de densité conduisant à une mesure des propriétés de la turbulence suffisamment précise pour valider des modèles numériques et permettant la surveillance en temps réel de la forme et de la position du plasmaThe goal of this PhD is to improve the data analysis techniques of frequency swept reflectometry for determination of the density profile of fusion plasmas. There has been significant improvements in the last two decades on the hardware design and signal extraction techniques, but the data analysis is lagging behind and require further improvements to meet the required standards for continuous operation in future reactors. The improvements obtained in this thesis on the reconstruction of density profiles provide a better accuracy in a shorter time, even in the presence of a density hole, also enabling sufficiently precise measurements of the properties of turbulence used to validate numerical models, and allowing real-time monitoring of the shape and position of the plasma
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Zahri, Abdellatif. „Développement du modèle PIC-MCC 2D : application aux décharges radiofréquence“. Toulouse 3, 2010. http://thesesups.ups-tlse.fr/1344/.
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La méthode particle-In-Cell combinée avec la technique Monte-Carlo est une méthode bien établie pour la modélisation des plasmas, et elle est très utilisée pour simuler les réacteurs de faible pression pour les décharges radiofréquences (RF). Cette technique est une méthode simple et efficace permettant de résoudre une large variété de problèmes complexes impliquant un grand nombre de particules en mouvement sous l'action des forces engendrées par elles-mêmes ainsi que les forces externes appliquées. Le but de notre modèle est de comprendre et de caractériser le comportement du plasma à basse pression pour une géométrie à deux dimensions. Nous voulons comprendre ce qui se passe dans la gaine et en particulier le comportement des ions. Dans ce travail, nous décrivons les modèles PIC-MCC et leurs techniques indispensables à la construction de tels modèles. Nous avons choisi cette technique par sa qualité de description de la physique du plasma. En effet, cette technique fournit plus de précisions et sans aucune hypothèse sur la fonction de distribution des électrons ou des ions, ce qui est loin d'être le cas pour les autres modèles notamment les modèles fluides. Nous montrons certaines fonctions de distribution (densité et énergie des particules chargées, EEDF,. . . ), les caractéristiques électriques de la décharge seront étudiées. Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet européen EMDPA: New Elemental and Molecular Depth Analysis of advanced materials by modulated radio frequency glow discharge time of flight mass spectrometry. Ce projet est financé par la commission européenne via le programme de recherche pour le développement technologiqueThe particle-in-cell method combined with the Monte Carlo techniques is a well established method for plasma modelling, and is widely used to simulate low pressure radiofrequency discharges. This technique is a simple and effective method for solving a wide variety of complex problems involving a large number of particles moving under the action of internal forces and external forces (electromagnetic fields. . . ) The purpose of our model is to understand and characterize the behaviour of low pressure plasmas in a two-dimensional geometry. We want to understand what is happening in the sheath and in particular the behaviour of the ions. In this work, we describe the PIC-MCC models and techniques needed to build such models. We chose this technique by its ability to describe correctly the plasma physics at low pressure. Indeed, this technique provides more details without any assumption on the distribution function of electrons or ions, which is far from being the case for other models including fluid models. We show some distribution functions (density and energy of charged particles, EEDF) ; the electrical characteristics of the discharge are presented. This work is part of the European project EMDPA : New Elemental and Molecular Depth Analysis of advanced materials by modulated radio frequency glow discharge time of flight mass spectrometry. This project is funded by the European Commission through the research program for technological development
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Liard, Laurent. „Transport non linéaire dans un réacteur Hélicon“. Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005954.
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Madaule, Éric. „Schémas numériques adaptatifs pour les équations de Vlasov-Poisson“. Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0112/document.
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Le système d'équations de Vlasov-Poisson est un système très connu de la physique des plasmas et un enjeu majeur des futures simulations. Le but est de développer des schémas numériques utilisant une discrétisation par la méthode Galerkin discontinue combinée avec une résolution en temps semi-Lagrangienne et un maillage adaptatif basé sur l'utilisation des multi-ondelettes. La formulation Galerkin discontinue autorise des schémas d'ordres élevés avec des données locales. Cette formulation a fait l'objet de nombreuses publications, tant dans le cadre eulérien par Ayuso de Dios et al., Rossmanith et Seal, etc. que dans le cadre semi-lagrangien par Quo, Nair et Qiu, Qiu et Shu et Bokanowski et Simarta, etc. On utilise les multi-ondelettes pour l'adaptativité (et plus précisément pour la décomposition multi-échelle de la fonction de distribution). Les multi-ondelettes ont été largement étudiées par Alpert et al. pendant les années 1990 et au début des années 2000. Des travaux combinant la résolution multi-échelle avec les méthodes Galerkin discontinues ont fait l'objet de publications par Müller et al. en 2014 pour les lois de conservation hyperboliques dans le contexte des éléments finis. Besse, Latu, Ghizzo, Sonnendrücker et Bertrand ont présenté les avantages d'un maillage adaptatif dans le contexte de Vlasov-Poisson relativiste en utilisant des ondelettes à support large. La combinaison de la méthode Galerkin discontinue avec l'utilisation des multi-ondelettes ne requière en revanche qu'un support compact. Bien que la majorité de la thèse soit présentée dans un espace des phases 1d × 1v, nous avons obtenus quelques résultats dans l'espace des phases 2d × 2vMany numerical experiments are performed on the Vlasov-Poisson problem since it is a well known system from plasma physics and a major issue for future simulation of large scale plasmas. Our goal is to develop adaptive numerical schemes using discontinuous Galerkin discretisation combined with semi-Lagrangian description whose mesh refinement based on multi-wavelets. The discontinuous Galerkin formulation enables high-order accuracy with local data for computation. It has recently been widely studied by Ayuso de Dioset al., Rossmanith et Seal, etc. in an Eularian framework, while Guo, Nair and Qiu or Qiu and Shu or Bokanowski and Simarta performed semi-Lagrangian time resolution. We use multi-wavelets framework for the adaptive part. Those have been heavily studied by Alpert et al. during the nineties and the two thousands. Some works merging multi-scale resolution and discontinuous Galerkin methods have been described by Müller and his colleagues in 2014 for non-linear hyperbolic conservation laws in the finite volume framework. In the framework of relativistic Vlasov equation, Besse, Latu, Ghizzo, Sonnendrücker and Bertrand presented the advantage of using adaptive meshes. While they used wavelet decomposition, which requires large data stencil, multi-wavelet decomposition coupled to discontinuous Galerkin discretisation only requires local stencil. This favours the parallelisation but, at the moment, semi-Lagrangian remains an obstacle to highly efficient distributed memory parallelisation. Although most of our work is done in a 1d × 1v phase space, we were able to obtain a few results in a 2d × 2v phase space
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Latocha, Vladimir. „Deux problèmes en transport des particules chargées intervenant dans la modélisation d'un propulseur ionique“. Toulouse, INSA, 2001. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002194.
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La modélisation des propulseurs ioniques de type SPT pose de nombreux problèmes dans le domaine du transport des particules chargées. Nous nous intéressons à deux de ces problèmes, à savoir le transport des électrons et le calcul du potentiel électrique. Nous avons participé au développement d'un modèle SHE (Spherical Harmonics Expansion) qui résulte d'une analyse asymptotique de l'équation de Boltzmann munie de conditions de réflextion aux bords. Ce modèle permet d'approcher la fonction de distribution en énergie des électrons en résolvant une équation de diffusion dans un espace{position, énergie}. Plus précisement, nous avons étendu une démarche existante au cas où les collisions en volume (excitation, ionisation) et les collisions inélastiques à la paroi (attachement et émission secondaire) sont prises en compte. Enfin, nous avons écrit un code de résolution du modèle SHE, dont les résultats ont été comparés avec ceux d'une méthode de Monte Carlo. Nous obtenons un bon accord entre les deux modèles alors que le temps d'exécution du code SHE est plusieurs centaines de fois plus court que celui du Monte Carlo (quelques minutes contre plusieurs heures). Dans un deuxième temps, nous avons étudié le calcul du potentiel électrique. La présence du champ magnétique impose d'écrire le courant d'électrons sous la formeÁ =-sÑ W où W est le potentiel électrique et le tenseur de conductivité s est fortement anisotrope compte tenu des grandeurs physiques en jeu dans le SPT. Pour résoudre div (Á) = S, nous avons implémenté une méthode de volumes finis et nous avons vérifié qu'elle échouait lorsque le rapport d'anisotropie devenait grand. Aussi nous avons développé une méthode de paramétrisation, qui consiste à extrapoler la solution d'un problème anisotrope à l'aide d'une suite de problèmes isotropes. Cette méthode a donné des résultats encourageants pour de forts rapports d'anisotropie, et devrait nous permettre d'atteindre des cas réelsThe modelling of the ionic thruster belonging to the SPT class raises many problems of plasma physics. We studied two of them, namely the electron transport and the computation of the electric potential. The electron transport is subject to the influence of the fields (magnetic and electric) set in the channel of the thruster on the one hand, and to the collisions of electrons with heavy species and at the walls on the oher hand. We participated to the development of a SHE model, wich is derived by performing an asymptotic analysis of the Boltzmann equation with a condition that models the reflection at the walls. This model allow to approximate the Electron Energy Distribution Function by solving a diffusion equation in the {position, energy} space, whose scales are macroscopic. More precisely, we extended an existing approach to the case where scattering against atoms are taken into account, as well as inelastic collisions at the walls. Then we compared the implementation of this model tot the results of a Monte Carlo simulation. We obtain similar results at a very reduced computational cost. This work lead to three publications, which are incorporated to the thesis. In a second stage, we studied the computation of the electric field in two dimensions. Due to the presence of a magnetic field, this problem gives rise to an anisotropic elliptic problem. Furthermore, the conductivities along the magnetic field and across the magnetic field lines can differ by several orders of magnitude. We implemented a finite volume scheme and we showed the numerical difficulties raised by such anisotropies. Hence, we improved this method by relating the solution of a highly anisotropic problem to a sequence of isotropic problems. This method proved to behabe well and we should be able to treat realistic cases shortly
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Martin, Marie. „Modélisations fluides pour les plasmas de fusion : approximation par éléments finis C1 de Bell“. Phd thesis, Université Nice Sophia Antipolis, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00845922.
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Les instabilités fluides peuvent dégrader le confinement du plasma au sein des tokamaks. Étant données les échelles spatio-temporelles, on choisit les modèles fluides obtenus à partir de la dérivation des modèles cinétiques. On dérive plusieurs modèles hiérarchiques de la MagnétoHydroDynamique (MHD) et en particulier les modèles de la MHD réduite du Current Hole et de l'équilibre de Grad-Shafranov. Une des difficulté de l'ensemble de ces modèles est de respecter l'équation modélisant l'absence de monopôles magnétiques. Pour assurer cette condition en tout point du domaine, le champ magnétique est réécrit avec un potentiel vecteur. L'utilisation de potentiels fait apparaître des équations faisant intervenir des dérivées d'ordre supérieurs. La stratégie numérique développée est l'utilisation de la méthode des éléments finis avec des éléments C1 de Bell. Sur un maillage non structuré, ces éléments ont l'intérêt de présenter une base réduite définir exclusivement avec des variables aux noeuds du maillage. Les modèles de MHD réduite du Current Hole et de Grad-Shafranov ont été résolus avec ces éléments. La résolution du cas test de Grad-Shafranov avec les conditions de bords exactes a permis d'obtenir l'ordre optimale de 5. La résolution du système du Current Hole avec ces éléments, validée par l'obtention du paramètre η1/3, a permis l'observation de développement d'instabilités en dents de scies.
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Borghol, Saja. „Modélisation mathématique de la charge de surface des satellites en orbite basse“. Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10040/document.
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Dans ce travail, on s'intéresse à l'étude mathématique des phénomènes de charge des satellites dans les orbites basses (Low Earth Orbit, LEO).Aprės un rappel du contexte physique, nous dérivons un modėle de type bi-fluide pour le plasma entourant le satellite. En effet, en orbite LEO, le plasma peut être considéré fortement collisionnel comparativement au cas par exemple des orbites polaires ( Polar Earth Orbit, PEO). Le modėle utilisé est composé des équations d'Euler pour la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie ainsi que de l'équation de Poisson pour le potentiel électrostatique et est obtenu dans le cas tri-dimensionnel.Pour l'étude mathématique du modėle nous nous concentrons sur le cas uni-dimensionnel afin de mettre en évidence les principales difficultés.Nous considérons d'abord les équations d'Euler stationnaires couplées à l'équation de Poisson. La dynamique de charge du satellite est alors contenue dans les conditions limites qui font apparaître la dérivée en temps du potentiel. Nous donnons des résultats d'existence et d'unicité de solution ainsi que des simulations numériques. Ici nous utilisons uniquement des conditions limites de Dirichlet pour les quantités macroscopiques. Elles peuvent être loin de celles qui sont physiquement intéressantes et que nous ne connaissons qu'au niveau microscopique.C'est pourquoi, nous proposons ensuite une solution numérique permettant d'utiliser dans la simulation des équations évolutives d'Euler des conditions limites venant d'une modélisation microscopique au travers d'un régime où le libre parcours moyen est petit. La condition limite vient d'une analyse de couche limite qui s'explique par le fait que le flux cinétique peut être loin de l'équilibre thermodynamiqueIn this work we are concerned with a mathematical study of the spacecraft charging phenomena of Low Earth Orbit (LEO).After recalling the physical context, we derive a two-fluid type model for the plasma around the spacecraft. Indeed in LEO, the plasma can be considered highly colisional compared with the case for example of Polar Earth Orbit (PEO). The model used here consist in the Euler equations for the conservation of mass, momentum and energy plus a Poisson equation for the electrostatic potentiel and is derived in the three dimensionnal case.For the mathematical study of the model, we concentrate our attention on the one dimensionnal case to point out the main difficulties.We first consider the stationnary Euler equations coupled to the Poisson equation. The charging dynamics is then embodied into the boundary conditions where the time derivative of the potentiel appears. We present rigourous existence and unicity results together with numerical simulations. Here we only use some Dirichlet boundary conditions for the macroscopic quantities. They can be far from the ones of physical interest wich we only know at a kinetic level.That's why we next propose a numerical solution to incorporate in the simulation of the evolutive Euler equations boundary condition that come from a microscopic modeling in the small mean free path regime. THe boundary condition relies on the analysis of boundary layers formation that accounts from the fact that the incoming kinetic flux might be far from the equilibrium
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Tavant, Antoine. „Study of the plasma/wall interaction and erosion on a plasma thruster of low power“. Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX085.
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Les moteurs électriques pour satellites, qui accélèrent les ions d'un plasma, sont primordiaux pour le succès des missions spatiales (GPS, météo, communication, etc.).Le moteur à effet Hall fait partie des technologies les plus performantes et utilisées.Cependant, sa conception et son optimisation sont longs et coûteux, car des processus clefs sont encore mal compris, en particulier, le transport des électrons et l'interaction plasma-paroi.Afin d'étudier ces deux phénomènes, nous utilisons une simulation cinétique bidimensionnelle.Grace aux résultats de simulation 2D, nous avons mis en évidence que les électrons sont non-locaux, car ils sont absorbés plus vite aux parois qu'ils ne sont thermalisés par les collisions.En conséquence, nous avons développé un modèle de gaine avec une loi d'état polytropique pour les électrons, qui décrit plus précisément l'interaction plasma-surface.Ce modèle peut être utilisé en présence, ou non, d'émission électronique secondaire.Lorsque l'émission secondaire est présente, le modèle de gaine présente jusqu'à trois solutions, ce qui explique les oscillations de gaines observées dans les simulationsElectric propulsion systems that accelerate plasma ions are important for the success of spatial missions (GPS, weather forecast, communication, etc.).The Hall effect thruster is one of the most used and efficient technology.However, its conception and optimization is slow and costly, as key processes are still poorly understood, in particular the electron transport and the plasma-wall interaction.In order to study both phenomena, we use a bi-dimensional kinetic simulation.We showed with 2D PIC simulation results that electrons are non-local, as they are absorbed more quickly at the wall compared to the collision frequency.Consequently, we derived a non-isothermal sheath model using a polytropic state law for the electrons that describes more accurately the plasma-wall interaction.The model can be used with and without secondary electron emission.With electron emission, the sheath model can present up to three solutions, explaining the oscillations observed in the simulations.The azimuthal instability observed, responsible for the electron transport, is compared to the dispersion relation of the ion acoustic wave and the electron cyclotron drift instability.We show that, while the first linear stage of the instability is well understood, the saturated quasi-steady-state is affected by particle-wave interactions and non-linear mechanisms that are not included in the dispersion relation
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Crestetto, Anaïs. „Optimisation de méthodes numériques pour la physique des plasmas : application aux faisceaux de particules chargées“. Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00735569.
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Cette thèse propose différentes méthodes numériques permettant de simuler le comportement des plasmas ou des faisceaux de particules chargées à coût réduit. Le mouvement de particules chargées soumises à un champ électromagnétique est régi par l'équation de Vlasov. Celle-ci est couplée aux équations de Maxwell pour le champ électromagnétique ou à l'équation de Poisson dans un cas simplifié. Plusieurs types de modèles existent pour résoudre ce système. Dans les modèles cinétiques, les particules sont représentées par une fonction de distribution f(x,v,t) qui vérifie l'équation de Vlasov. Dans le cas général tridimensionnel (3D), le système fait apparaître 7 variables. Les calculs sur ordinateur deviennent rapidement très lourds. Les modèles fluides de plasma s'intéressent quant à eux à des quantités macroscopiques déduites de f par des intégrales en vitesse, telles que la densité, la vitesse moyenne et la température. Ces quantités ne dépendent que de la position x et du temps t. Le coût numérique est ainsi réduit, mais la précision s'en trouve altérée. Dans la première partie de cette thèse, une méthode multi-fluides est utilisée pour la résolution du système de Vlasov-Poisson 1D. Elle est basée sur la connaissance a priori de la forme prise par la fonction de distribution f. Deux possibilités sont étudiées : une somme de masse de Dirac et le modèle multi-water-bag. Ce type de méthodes est plutôt adapté aux systèmes restant proches de l'état d'équilibre. La deuxième partie propose de décomposer f en une partie d'équilibre et une perturbation. L'équilibre est résolu par une méthode fluide alors que la perturbation est résolue par une méthode cinétique. On construit notamment un schéma préservant l'asymptotique pour le système de Vlasov-Poisson-BGK, basé sur une telle décomposition. On étudie dans la troisième partie la méthode Particle-In-Cell (PIC) en géométrie 2D axisymétrique. Un travail basé sur l'analyse isogéométrique est présenté, ainsi qu'un code PIC - Galerkin Discontinu parallélisé sur carte graphique (GPU). Cette architecture permet de réduire de manière significative les temps de calculs.
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Enache, Ionut. „Etude expérimentale et modélisation du transfert de matière dans des décharges de Townsend à pression atmosphérique en mélange HMDSO-N2O-N2 et SiH4-N2O-N2“. Toulouse 3, 2007. http://thesesups.ups-tlse.fr/97/.
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L'objectif de ce travail est de mieux comprendre les principaux mécanismes de dépôt de couches minces assisté par plasma à pression atmosphérique en vue d'optimiser les procédés conduisant à une couche d'oxyde de silicium à partir d'un mélange HMDSO-N2O-N2 ou SiH4-N2O-N2. Après avoir déterminé de manière précise les propriétés chimiques et structurales des couches réalisées dans diverses conditions expérimentales, le procédé est simulé en utilisant FLUENT(c) en prenant en compte les phénomènes d'écoulement et de transfert réactif de matière. Validé par comparaison avec les résultats expérimentaux, ce modèle donne accès à une meilleure compréhension des mécanismes gouvernant la croissance du film. Pour le mélange à base de HMDSO, nos résultats montrent que la dissociation du précurseur en radicaux siliciés est l'étape limitante du procédé. Le modèle a permis de quantifier l'importance de la convection et de la diffusion dans le transport des radicaux. Il a mis en évidence le quenching par HMDSO des métastables d'azote, espèces responsables de la dissociation du précurseur. Pour les mélanges à base de SiH4, le modèle a montré que la cinétique de formation des poudres est plus rapide que celle correspondant aux taux maximums de collision issus de la théorie cinétique des gaz. Par ailleurs, nous avons établi l'influence des recirculations de gaz sur la stabilité des décharges et sur l'homogénéité des dépôts. Sur la base de nos résultats, une étude d'optimisation du procédé est effectuéeThe aim of this work is to better understand the primary deposition mechanisms in atmospheric pressure plasma-enhanced thin film deposition in order to optimize the processes which lead to a silicon oxide film in HMDSO-N2O-N2 or SiH4-N2O-N2 mixtures. First, the chemical and structural layer properties were determined for various experimental conditions. The process is then simulated using FLUENT(c) taking into account fluid dynamics, mass-transfer and chemical reactions. Once validated based on experimental results, this simulation provides a better understanding of the mechanisms which govern the growth process. For HMDSO-containing mixtures, our results highlight that the HMDSO dissociation into silicon-containing radicals is the process rate-limiting step. The relative importance of convection and diffusion in the transport of radicals is quantified. The model also shows that HMDSO quenches nitrogen metastable species which are responsible for the dissociation of the precursor. For SiH4-containing mixtures powders appear to form at rates which are much higher than those allowed by the gas-kinetic theory. Besides, the influence of the gas recirculations on the discharge stability and on the film homogeneity is established. Based on our results, an optimization study of the cell discharge is achieved
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Tresset, Guillaume. „Caractérisation, Modélisation et Contrôle des Scénarios Avancés dans le Tokamak Européen JET“. Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001803.
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Les scénarios avancés, développés depuis moins d'une dizaine d'année avec la découverte des barrières internes de transport et la maîtrise du profil de courant, insufflent un nouvel élan au tokamak en direction d'un futur réacteur à fusion thermonucléaire contrôlée. Le Joint European Torus (JET) installé au Royaume-Uni, est actuellement le dispositif expérimental le plus performant au monde en terme de puissance fusion. Il a permis d'acquérir une riche expertise sur ces régimes à confinement amélioré. La réduction du transport turbulent, désormais indissociable de l'optimisation de la forme du profil de courant - obtenue par exemple avec l'onde hybride ou le courant autogénéré de bootstrap, peut être caractérisée simplement à l'aide d'un critère qui donne accès à la plupart des informations utiles concernant les barrières . Ses deux principaux domaines d'utilisation sont l'analyse des bases de données et les applications temps réel. Les modèles de transport dits de courbe en « S » exhibent des propriétés intéressantes que conforte l'expérience, tandis que les dépendances non-linéaires et multivariables de la diffusivité thermique du plasma peuvent être approchées grâce à un réseau de neurones, suggérant un nouveau moyen d'investigation et de modélisation du transport. Enfin, les toutes premières démonstrations expérimentales de contrôle en temps réel des barrières internes de transport et du profil de courant ont été réalisées sur JET, ouvrant la voie à des systèmes d'asservissement sophistiqués.
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Guisset, Sébastien. „Modélisation et méthodes numériques pour l'étude du transport de particules dans un plasma chaud“. Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0117/document.
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Les modèles aux moments angulaires constituent des descriptions intermédiaires entre les modèles cinétiques et les modèles fluides. Dans ce manuscrit, les modèles aux moments angulaires basés sur un principe de minimisation d'entropie sont étudiés pour des applications en physique des plasmas. Ce mémoire se découpe en trois parties. La première est une contribution à la modélisation en physique des plasmas à travers le formalisme des modèles aux moments angulaires. Dans celle-ci, le domaine de validité de ces modèles est étudié en régimes non-collisionels. Il est également montré que les opérateurs de collisions proposés pour le modèle M1 permettent de retrouver des coefficients de transport plasma précis. La deuxième partie de ce document concerne la dérivation de méthodes numériques pour l'étude du transport de particules en temps long. Dans ce cadre, des schémas numériques appropriés pour le modèle M1, préservant l'asymptotique, sont construits et validés numériquement. La troisième partie représente un premier pas significatif vers la modélisation multi-espèces. Ici, le modèle aux moments angulaire M1, construit dans un référentiel mobile, est appliqué à la dynamique des gaz raréfiés. Les propriétés de ce modèle sont détaillées, un schéma numérique est proposé et une validation numérique est menéeAngular moments models represent alternative descriptions situated in between the kinetic and the fluid models. In this work, angular moments models based on an entropy minimisation principle are considered for plasma physics applications. This manuscript is organised in three parts. The first one is a contribution to plasma physics modelling within the formalism of angular moments models. The validity domain of angular moments models in collisionless regimes is studied. It is also shown that the collisional operators proposed for the M1 angular moments model enable to recover accurate plasma transport coefficients. The second part of this document deals with the derivation of numerical methods for the long timescales particle transport. Appropriate asymptotic-preserving numerical schemes are designed for the M1 angular moments model and numerical validations are performed. The third part represents a first important step toward multi-species modelling. The M1 angular moments model in a moving frame is introduced and applied to rarefied gas dynamics. The model properties are highlighted, a numerical scheme is proposed and a numerical validation is carried out
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Zakari, Mustapha. „Modélisation Volumes-Finis en maillages non-structurés de décharges électriques à la pression atmosphérique“. Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00940096.
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La modélisation numérique des décharges plasma joue un rôle important dans la compréhension des mécanismes physiques ou chimiques ayant lieu dans les dispositifs assistés par plasma. Une grande partie de ces mécanismes est déjà prise en compte dans les codes actuels. En revanche, beaucoup d'entre eux ne permettent pas de travailler avec des géométries complexes. Cette limitation provient essentiellement de l'utilisation de maillages structurés, cartésiens. Ceux-ci ne sont pas bien adaptés aux géométries courbes. Les calculs en maillages structurés deviennent rapidement compliqués et spécifiques à une géométrie donnée. Notre travail concerne la modélisation de décharge pour un réacteur de traitement à la pression atmosphérique développé par Dow Corning. Sa configuration complexe ainsi que ses grandes dimensions nous ont incités à faire un nouveau code fonctionnant en maillages non structurés. Celui-ci doit être capable de s'adapter à la présence d'une pointe, d'arrondis et de multiples diélectriques mais aussi permettre le passage rapide à de nouvelles géométries. De plus ses grandes dimensions nécessitent l'utilisation de maillages raffinés uniquement aux endroits nécessaires (pointe, surfaces des diélectriques...). Le modèle mathématique utilisé est basé sur l'équation de Poisson couplée aux équations de transport de type dérive-diffusion. Plusieurs discrétisations numériques ont été testées dans des configurations physiques différentes. Nous présentons et validons les méthodes numériques choisies. Les résultats obtenus pour le réacteur Dow Corning sont alors exposés et commentés.
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Ahmad, Ahmad. „Etude de la production d'ions négatifs sur des surfaces de carbone dans un plasma d'hydrogène sans Cs à basse pression“. Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4702/document.
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Cette thèse porte sur l'étude de la production d'ions négatifs (INs) en surface pour des applications à la fusion contrôlée. Les INs formés en surface d'un échantillon dans un plasma d'hydrogène à partir de bombardement par les ions positifs sont collectés et analysés en énergie par un spectromètre de masse (SM). Les fonctions de distribution en énergie des INs (FDIs) que mesure le SM sont différentes de celles émises par la surface f(E, Θ) du fait des modifications de trajectoires et d'énergie induites par la traversée du plasma et du SM. Afin de déterminer la FDI émis par la surface f(E, Θ) en se servant des fonctions de distribution mesurée par le SM f''(E) nous avons développé un modèle qui calcule les trajectoires des ions entre la surface et le détecteur du SM. A partir d'une fonction test f(E,Θ) il est alors possible de calculer f''(E) et de comparer à l'expérience. L'élément critique de cette méthode est le choix de f (E, Θ). Le choix effectué dans cette thèse est la fonction de distribution des neutres calculée par le logiciel SRIM pour les particules pulvérisées et rétrodiffusées lors de bombardement d'une surface dans des conditions similaires aux conditions expérimentales. Les résultats du modèle montrent un bon accord entre les FDIs expérimentales et les fonctions calculées, et valident nos calculs et le choix de SRIM.Dans le but de comparer les mécanismes de production et les rendements des INs, une étude comparative a été réalisée sur différents matériaux carbonés. Les FDIs mesurées présentent la même forme à la température ambianteThis thesis deals with negative ions (INs) surface production for applications in controlled fusion. Negative ions (NIs) formed at the sample surface from positive ions bombardment in hydrogen plasma are collected and analyzed with energy mass spectrometer (MS). The NI energy distribution functions (NIDF) measured by the MS are different from those emitted from surface f(E, Θ) due to modifications trajectories and energies which result when NI cross plasma and MS. In order to determine the NIDF emitted by the surface f(E,Θ) using the NIDF measured by MS f''(E), we developed a model that calculates the ion trajectories between the surface and MS detector. Then from a test function f(E,Θ) it is possible to calculate f''(E) and compare it to the experimental one. The critical issue is this method is the choice of f(E, Θ). The approach used in this thesis is the neutral backscattered and sputtered distribution function calculated by SRIM software during a surface bombardment similar to the experimental conditions. The model resulting show a good agreement between experimental and calculated NIDF, and validate our calculations and the choice of SRIM.In order to compare production mechanisms and NIs yields, a comparative study on different carbons materials was performed. Measured NIDFs show the same shape at room temperature. This indicates that the mechanisms involved in the NI production and the contribution of these mechanisms in the NIDF are the same for all materials. The best NI yield at low temperature is observed on DLC surface. The highest NI yield for all temperatures is observed on Boron doped diamond (BDD) surface at 400°C
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Quezada, Maxwell Josias. „Hydrogénation catalytique de CO₂ en méthanol en lit fixe sous chauffage conventionnel et sous plasma à DBD ZSM-5 surface modification by plasma for catalytic activity improvement in the gas phase methanol-to-dimethylether reaction“. Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMIR12.
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L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’optimisation de la production de méthanol par hydrogénation de CO₂ en synthétisant des nouveaux catalyseurs sous forme d’extrudés pour un usage industriel. Six catalyseurs à base de Cu et ZnO supportés sur de l’alumine et des ZSM-5 ont été préparés et testés. A 36 bar et sous chauffage conventionnel, le CuZnO/Al₂O₃ a montré le meilleur rendement en méthanol. Un procédé industriel basé sur ce catalyseur a été proposé et optimisé. L’influence de l’extraction de l’eau et du méthanol du milieu réactionnel en utilisant deux réacteurs en série au lieu d’un a été étudié et il a été trouvé que cela augmente le rendement en méthanol considérablement. Sous plasma à DBD et à 1 bar, le Cu/Al₂O₃ donne des meilleures conversions de CO₂, alors que le CuZnO/ZSM-5 montre des meilleurs rendements en méthanol. Cela a été attribuée à la conductivité ionique et à la constante diélectrique des matériauxThe objective of this thesis is to contribute to the optimisation of the production of methanol by hydrogenation of CO₂ by synthesising new catalysts in the form of extrudates for industrial use. In this regard, six Cu-ZnO based catalysts supported on alumina and ZSM-5 were prepared and tested. At 36 bar and under conventional heating, the CuZnO/Al₂O₃ showed the best methanol yield. An industrial process based on this catalyst has been proposed and optimised. The influence of extracting water and methanol from the reaction medium using two reactors in series instead of one was investigated and it was found to increase methanol yield considerably. Tests at atmospheric pressure and under DBD plasma showed that the Cu/Al₂O₃ gives better CO₂ conversions, while the CuZnO/ZSM-5 showed better methanol yields. This was attributed to the ionic conductivity and the dielectric constant of the catalysts