Dissertations / Theses: 'Plasmas froids – Modèles mathématiques'

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Layeillon, Lise. "Analyse et modélisation du fonctionnement d'un réacteur de dépôt de silicum amorphe hydrogéné assisté par plasma." Toulouse, INPT, 1992. http://www.theses.fr/1992INPT042G.

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Abstract:

Le depot de silicium amorphe hydrogene assiste par plasma (pecvd) a partir du silane est un procede couramment employe pour la fabrication de cellules photovoltaiques, d'ecrans plats de visualisation, ou de detecteurs divers. Malgre l'existence de nombreux travaux concernant l'analyse de phenomenes particuliers electriques ou chimiques dans ces decharges, aucune etude complete du comportement de reacteurs industriels, integrant en particulier l'examen des phenomenes de transport, n'avait ete entreprise jusqu'a present. Nous avons donc demarre de tels travaux dans le cadre d'une action de recherche coordonnee du cnrs, en vue d'elaborer un modele de simulation local et bidimensionnel, tres detaille, qui nous a permis de determiner les profils de vitesse, de concentration des especes gazeuses et les vitesses de depot dans un reacteur de geometrie classique. Au vu des premiers resultats, nous avons pu simplifier ce logiciel, afin d'obtenir un outil d'utilisation plus rapide. Il nous a ainsi ete possible d'effectuer une analyse numerique systematique des processus chimiques mis en jeu dans la decharge et de l'influence des donnees cinetiques correspondantes. La confrontation entre les resultats experimentaux, obtenus sur une unite pilote, et les informations fournies par l'exploitation des logiciels, a permis d'etablir la qualite des modeles. Nous avons pu, ainsi, ameliorer la connaissance du procede de depot assiste par plasma, et constituer des logiciels susceptibles d'etre utilises pour optimiser les exploitations d'equipements de depot

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Guiberteau, Emmanuel. "Modélisation d'une décharge DC pulsée dans l'azote : simulations numériques à l'aide d'un code couplant la dynamique des particules chargées à celle du gaz neutre : comparaisons avec l'expérience." Nancy 1, 1998. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_1998_0291_GUIBERTEAU.pdf.

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Abstract:

Ce travail est consacré à la modélisation d'une décharge diode pulsée dans l'azote utilisée pour la nitruration des aciers. L'objectif de ce travail était de mieux comprendre les différents phénomènes mis en jeu dans ce type de décharges afin d'optimiser le traitement. La première étape de ce travail a consisté en l'adaptation d'un code électrique existant aux conditions de fonctionnement du réacteur de traitement présent au laboratoire. Les premières comparaisons entre les résultats numériques et ceux obtenus expérimentalement par spectroscopie d'émission et par sonde électrostatique ont montré un accord général satisfaisant et ont mis en évidence les limites de ce code. Deux améliorations ont alors été apportées au modèle de base : une meilleure description de la population électronique à l'aide d'un faisceau monoénergétique ; un couplage avec un code décrivant la dynamique du gaz neutre. La première amélioration a permis de mieux décrire l'ensemble des différentes zones présentes dans la décharge, en particulier la lueur négative et d'obtenir un très bon accord entre numérique et expérience dans le cas de décharges impulsionnelles. La seconde amélioration a montré l'importance et la nécessité de prendre en compte le chauffage du gaz neutre dans le cas des décharges avec des temps d'allumage supérieurs à quelques centaines de microsecondes
This work deals the modeling of a dc pulsed diode type discharge used for iron and steel nitriding. The present research aimed at a better understanding of the processes occuring in such plasmas in order to attain an optimization of the surface treatment process. In a first stage we adapted an existing electrical modeling to the experimental results obtained from electrostatic probe and emission spectroscopy measurements. These preliminary results showed a roughly good agreement between the modeling and the experiment and pointed out the limits of this simulation. Two improvements have thus been made to this basic model: a better description of the electron population using a monoenergetic electron beam ; a coupling with a modeling of the neutral gas dynamics. The first improvement led to a better description of the various regions of the discharge (in particular the negative glow) and to get an excellent agreement between numerical and experimental results in the case of short duration impulse discharges. The second improvement showed the importance and the need for taking into account the heating of neutral gas in the case of discharge on-time greater than a few hundreds of microseconds

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Dubus, Nicolas. "Contribution à l'étude thermique d'un réacteur à décharge à barrière diélectrique." Poitiers, 2009. http://theses.univ-poitiers.fr/theses/2009/Dubus-Nicolas/2009-Dubus-Nicolas-These.pdf.

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Abstract:

Cette thèse a pour objet l'étude thermique d'un réacteur à Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) de laboratoire. Une étude expérimentale a d'abord été réalisée afin de mesurer les températures en différents points du réacteur à l'aide de fibres optiques. Ces mesures ont été effectuées en régime transitoire et en régime stationnaire. Afin d'examiner l'influence des pertes thermiques, nous avons en outre considéré des réacteurs non isolés et des réacteurs isolés thermiquement. L'influence de la nature et de la forme des tensions appliquées a également été considérée. C'est ainsi que des expériences ont été menées avec une tension sinusoïdale et avec une alimentation pulsée qui permet une meilleure dynamique de dépôt de puissance. D'une manière générale, l'élévation de la température dans le réacteur est toujours de l'ordre de quelques dizaines de degrés. Cependant, un phénomène intéressant qui semble ne pas avoir été reporté par ailleurs a été mis en évidence. En effet un phénomène d'emballement thermique se produit dans certaines situations conduisant à une élévation de la température de plus de 150°C et ouvrant ainsi de nouvelles perspectives telles que l'association plasma/catalyse, puisque l'on atteint ici des niveaux de température suffisants pour enclencher le phénomène de catalyse. Différents modèles conductifs numériques et analytiques ont par ailleurs été développés. Les modèles analytiques simplifiés, qui ont été proposés, ont été validés et peuvent servir à mieux dimensionner les réacteurs à décharge à barrière diélectrique
This thesis aims to study the thermal behaviour of a laboratory Dielectric Barrier Discharge (DBD) reactor. An experimental study was first realized to measure temperatures at different points of the reactor by using optic fibres. These measurements were performed in transient and steady states. To examine the influence of heat losses , not insulated and insulated reactors were considered. The influence of the nature and the form of the applied voltage was else considered. Experiments were conducted with a sinusoidal voltage and a pulsed power supply

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Gaychet, Sylvain. "Modélisation des décharges couronnes négatives : Application à la précipitation électrostatique." Pau, 2010. http://www.theses.fr/2010PAUU3038.

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Abstract:

La filtration électrostatique offre de nombreux avantages du point de vue du traitement des déchets nucléaires. En effet, elle permet de filtrer des particules d’une taille inférieure au micron, en n'engendrant ni déchets secondaires (absence de média filtrant), ni pertes de charge dans le circuit de traitement. Ce travail de thèse porte sur l'étude des décharges couronnes négatives dans l'air à pression atmosphérique intervenant dans un procédé d'électrofiltration développé par le CEA. L'objectif est de comprendre dans quelle mesure, et comment, les phénomènes extérieurs inhérents à l'électrofiltration, en particulier l'alimentation spécifique utilisée, la température et la présence des particules polluantes dans l'intervalle ou sous forme de dépôts sur les électrodes, modifient la décharge afin d'améliorer les procédés d'électrofiltration. Ce travail est basé sur une étude expérimentale fondamentale de la décharge négative ainsi que sur des simulations numériques de la décharge dans des conditions proches du fonctionnement de l'électrofiltre pilote du CEA
Electrostatic precipitation presents many advantages from the nuclear wastes treatment's point of view. Indeed, this kind of process can capture submicronic particles without producing secondary wastes (no filter media) and without pressure looses in the exhaust circuit. The work presented in this thesis concerns the study of negative corona discharges in air at atmospheric pressure occurring in an electrostatic precipitator (ESP) developed by the CEA (Atomic Energy Committee). The aim of this study is to determine how the electrostatic precipitation dedicated phenomena, especially the specific high voltage generator, the gas temperature and the fact that particles are flowing through the gap then collapsing on the electrodes, modify the discharge to improve the efficiency of ESPs. This work is based on a fundamental experimental study of the negative corona discharge and on numerical simulations of this discharge under conditions close to those of the lab scale ESP developed by the CEA

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Zaafrani, Ibtissem. "Dynamique et stabilisation d’un plasma magnétique froid." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0312.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous considérons un modèle Euler-Maxwell linéarisé de propagation et d'absorption des ondes électromagnétiques dans un plasma magnétique. Deux types de conditions aux limites sont envisagées : conducteur parfait sur toute la frontière et Silver-Müller homogène ou non sur une partie de celle-ci. D'abord, j'établis les équations du modèle et je montre sa bonne position par la théorie des semi-groupes. Ensuite, je m'intéresse à la stabilisation du modèle. Dans un premier temps, je réalise une étude sur le comportement asymptotique en temps long de la solution. Je montre qu'elle décroît vers zéro sous certaines hypothèses physiquement raisonnables. Je conclus à sa convergence vers un état stationnaire non nul dans un espace d'énergie plus grand. Cet état stationnaire est lié aux propriétés de topologie du domaine, et s'exprime en fonction des données initiales. Dans un second temps, j'étudie la décroissance de l'énergie en utilisant la méthode du domaine fréquentiel. J'établis une décroissance polynomiale pour les deux conditions aux limites. Je démontre également un résultat conditionnel de décroissance exponentielle dans le cas Silver-Müller homogène. Dans le cas du conducteur parfait, nous montrons que le système Euler-Maxwell n'est pas exponentiellement stable. Nous concluons par un résultat de convergence vers le régime harmonique en temps en présence d'un forçage harmonique. Parmi les principales difficultés rencontrées, la résolvante de l'opérateur d'évolution est non compacte et l'absorption interne agit seulement sur les variables fluides. Aucune hypothèse d'homogénéité n'est faite, et les hypothèses topologiques et géométriques sur le domaine sont minimales. Ces résultats semblent fortement liés aux propriétés spectrales de diverses matrices décrivant l'anisotropie et d'autres propriétés du plasma. Enfin, nous donnons une extension de ces résultats à un problème d'interface vide-plasma
In this thesis, we consider a linearized Euler-Maxwell model for the propagation and absorption of electromagnetic waves in a magnetized plasma. Two types of boundary conditions are considered: perfectly conducting on the whole boundary and Silver-Müller, homogeneous or not, on part of it. First, I establish the equations of the model and show its well-posedness by the theory of semigroups. Then, I am interested in the stabilization of the model. First, I carry out a study on the long- term asymptotic behavior of the solution. I show that it decreases towards zero under certain physically reasonable assumptions. I conclude that it converges to a non-zero stationary state in a larger energy space. This stationary state is linked to the topology properties of the domain, and is expressed as a function of the initial data. Secondly, I study the energy decay rate by using the frequency domain method. I establish a polynomial decay for both boundary conditions. I also prove a conditional exponential decay result in the homogeneous Silver-Müller case. In the perfectly conducting case, we show that the Euler-Maxwell system is not exponentially stable. We conclude by a result of convergence towards the time-harmonic regime in the presence of a harmonic forcing. Among the main difficulties encountered, the resolvent of the evolution operator is not compact and the internal absorption acts only on the fluid variables. No homogeneity assumption is made, and the topological and geometrical assumptions on the domain are minimal. These results appear strongly linked to the spectral properties of various matrices describing the anisotropy and other plasma properties. Finally, we extend those results to the case of a vacuum-plasma interface problem

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Quinio, Géraldine. "Modélisation numérique de la génération d’un plasma d’air dans un écoulement aérodynamique." Toulouse, INSA, 2005. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000445/.

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Abstract:

Afin de diminuer la signature radar d'une entrée d'air d'aéronef, un dispositif envisagé consiste en l'ionisation partielle de l'air au niveau de l'entrée d'air. L'objectif de la thèse est de développer des modèles mathématiques et numériques permettant de mieux appréhender les principaux mécanismes physiques intervenant dans la génération d'un plasma d'air à pression atmosphérique soumis à un vent. Une analyse asymptotique d'un modèle 0D de cinétique de création d'un plasma d'air dans un écoulement a été effectuée. Le maintien du plasma repose sur la présence des métastables: permettant de détacher des électrons d'ions négatifs et sur la vitesse de l'écoulement porteur. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au dispositif des décharges capillaires générant une décharge homogène dans l'air à pression atmosphérique. Un modèle 0D a été conçu afm de comprendre les principaux mécanismes physiques intervenant dans l'initiation de la décharge. Les simulations numériques ont montré l'importance des phénomènes aux parois. Enfin, une dernière partie est consacrée à l'élaboration et à l'étude d'un modèle numérique bidimensionnel d'une décharge continue Pointe Négative Plan dans une entrée d'air. Le modèle est constitué d'un système d'équations non-linéaires de convection/diffusion/réactions couplées à l'équation de Poisson. Le courant induit par la circulation du plasma dans le circuit extérieur est relié au potentiel par une équation différentielle ordinaire en temps. Les simulations numériques montrent que lorsque le vent devient important, la formation périodique de canaux plasmiques dérivant ensuite le long de l'écoulement porteur est observée
Order to reduce the flash points in air intake of aircraft, a considered deviee consists in the partial ionisation of the air around the air intake. The aim of the thesis is to develop mathematical and numerical models in order to apprehend the main physical mechanisms which occur in the generation of air plasmas at atmospheric pressure in air flows. An asymptotic analysis of simple ionization kinetics of air flows at atmospheric pressure is first proposed. The existence of the plasma depends on the value of the flow velocity relative to a threshold value and on the existence of metastables which detach electrons from negative ions. Secondly, we were interested in the modelling of capillary discharges which allows the genera tion of a homogeneo us discharge in air at atmospheric pressure. A OD model has been made in order to understand the main physical mechanisms occurring in the discharge initiation. The numerical simulations shows the wall phenomena take an important place in the operation of the discharge. Lastly, a 2D model is developed to model a negative tip/plane corona discharge in air flows. The mode! consists of a system of non-linear convection/diffusion /reaction equations coupled with the Poisson equation. The current induced by the plasma circulation in the extemal circuit is Iinked with the potential through an ordinary differential equation in time. The numerical simulations show that when the flow velocity becomes important, a periodical formation of plasma channels carrying away by the air flow is observed

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Irimiciuc, Stefan-Andrei. "Experimental and theoretical studies on the dynamics of transient plasma plumes generated by laser ablation in various temporal regimes." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10193/document.

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Abstract:

Les applications de l’ablation laser connaissent un développement important, dans des domaines comme le micro-usinage, la médecine, le nucléaire ou les sciences analytiques. Malgré d’importantes avancées dans la connaissance des interactions complexes intervenant dans ce processus, on a encore besoin d’une meilleure compréhension fondamentale et de modélisation. Le but de ce travail a été d’étudier expérimentalement et théoriquement la dynamique des plasmas transitoires générés par ablation laser dans différents régimes temporels (ns, ps, fs) et d’essayer de corréler le comportement observé avec les propriétés physiques des matériaux ablatés. Nous avons mis en œuvre des méthodes optiques, spectroscopiques et électriques résolues spatialement et temporellement pour l’étude de cibles métalliques mono-éléments et de cibles plus complexes à base de chalcogénures. Cela nous a permis d’avoir une cartographie spatio-temporelle des principaux paramètres du plasma. L’étude en configuration PLD (Pulsed Laser Deposition) a révélé quelques effets particuliers, comme les oscillations ioniques ou la réflexion du plasma sur le substrat. Une version compacte du modèle hydrodynamique fractal a été développée pour simuler la dynamique du plasma. Le modèle théorique réussit à décrire l’évolution spatiale et temporelle des principaux paramètres du plasma (température électronique, vitesses d’expansion, concentration, longueur de Debye, potentiel du plasma). Nous proposons des relations empiriques reliant ces paramètres aux propriétés physiques (conductivités électrique/thermique, mass atomique, chaleur de vaporisation) de la cible. Ces relations transcendent les trois régimes d’ablation
Laser ablation methods exhibit a fast development in various application fields, as materials processing, medicine, nuclear fusion or analytical sciences. Despite important advances in the knowledge of the complex laser-matter interactions involved in this process, there is still need for better fundamental understanding and modeling. The aim of this work was to experimentally and theoretically investigate the dynamics of transient plasmas generated by laser ablation in various regimes (ns, ps, fs), and to try to correlate the observed behavior with the physical properties of the ablated materials We implemented space- and time-resolved optical, spectroscopic and electrical methods for the study of single-component metallic targets and of complex chalcogenide targets. This led to a space-time mapping of the main plasma parameters. The study performed in actual Pulsed Laser Deposition (PLD) conditions revealed some peculiar effects like ionic oscillations or plume reflection at the substrate. A compact fractal hydrodynamic model was developed to simulate the laser-produced plasma dynamics. The theoretical model accurately describes the spatial and temporal evolution of the main plasma parameters (electronic temperature, expansion velocities, particle number density, Debye length, plasma potential). We report for the first time empirical relations connecting these plasma parameters with the physical properties (electrical/thermal conductivity, atomic mass, heat of vaporization) of the target. These relationships transcend all three ablation regimes (ns, ps, fs)

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Annušová, Adriana. "Étude de la cinétique des décharges et post-décharges excitées à hautes et très hautes fréquences dans les mélanges azotés." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10089/document.

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Abstract:

Ce travail porte sur l’étude de la cinétique des décharges et post-décharges dans l’azote et les mélanges azotés en écoulement à pressions modérées. Des travaux de modélisations cinétiques ont été effectués sur la base des résultats expérimentaux afin de comprendre les processus de production et destruction des différentes espèces sondées. La thèse est divisée en deux parties suivant les types de décharge et mélanges gazeux étudiés. Dans la partie A, un plasma généré dans des mélanges N2-Ar par une cavité hélicoïdale originale excitée à 27 MHz est étudiée par spectroscopie optique d’émission. Sur la base de ces résultats expérimentaux, un modèle cinétique global couplé à un modèle de la fonction de distribution vibrationnelle de l’état N2(C3Pu, v’=0-4) a été développé. Ces modèles permettent d’analyser nos résultats et démontrent l’importance, dans notre décharge, des mécanismes impliquant les espèces métastables d’azote et d’argon, N2(A3Su+) et Ar(3P0,2). Dans la partie B, des décharges dans des mélanges N2-O2 produites par une cavité coaxiale à 433 MHz et leur post-décharge ont été étudiées par spectroscopie optique d’émission et de spectrométrie de masse. Un modèle cinétique temporel 0D, basé sur les résultats expérimentaux et associé à une simulation de l’écoulement, nous permet de reproduire qualitativement les évolutions des concentrations des émetteurs et de prédire la nature du milieu produit par la décharge et ses caractéristiques en vue de son utilisation pour la chimie des dépôts de couches minces de matériaux organosiliciés pour la microtechnologie
This work focuses on the study of the kinetics of discharges and post-discharges in flowing nitrogen and nitrogen mixtures at moderate pressures. The kinetic modeling was performed on the basis of experimental results in order to understand the production and destruction processes of the species presents in the plasma. The thesis is divided into two parts according to the type of the discharge and gas mixtures studied. In the frame of the part A, a N2-Ar discharge generated by an original helical cavity excited at 27 MHz is examined by optical emission spectroscopy. Based on experimental results, a global kinetic model coupled with a model of the vibrational distribution function of the N2(C3Pu, v’=0-4) state have been developed. These models enable the analysis of our results and demonstrate the importance of the mechanisms involving metastable nitrogen and argon species, i.e. N2(A3Su+) et Ar(3P0,2). In Part B, discharges in mixtures of N2-O2 generated by a 433 MHz coaxial cavity were studied along with the afterglows by optical emission spectroscopy and mass spectrometry methods. A 0D kinetic model, based on experimental results, is associated with a flow simulation in order to qualitatively reproduce the evolution of concentrations and predict the nature of the environment created by the discharge as well as its characteristics for the applications of thin layer deposits of organosilicon materials for microtechnology

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Abd, Jelil Radhia. "Modélisation de la relation entre les paramètres du procédé plasma et les caractéristiques de la qualité du matériau textile par apprentissage de données physiques." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10017/document.

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Abstract:

La technique par plasma atmosphérique semble efficace pour la modification des surfaces de matériaux textiles car le traitement est rapide, peu onéreux et écologiquement propre. En dépit de ces avantages, il est extrêmement difficile de comprendre la relation complexe non-linéaire entre les paramètres du procédé plasma et les propriétés finales des matériaux. L’étude et l’optimisation d’un tel procédé doivent être donc basées sur une exploitation des techniques intelligentes telles que la logique floue et les réseaux de neurones. Dans une première partie, l'impact de traitement par plasma de type Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) sous air est étudié sur différents types de tissus en polyester et viscose. Afin de mieux comprendre l’effet de la structure textile sur les résultats du traitement, une sélection des paramètres les plus pertinents a été effectuée en utilisant un critère de sensibilité basé sur la logique floue. Il a été mis en évidence que la puissance électrique, la vitesse de traitement, la matière, la finesse des fibres, la perméabilité à l’air, l’armure et la densité des pics ont une influence sur la mouillabilité et la capillarité des tissus. Dans la dernière partie de cette étude, une approche utilisant les réseaux de neurones a été développée afin de prédire la relation entre les paramètres pertinents sélectionnés et les propriétés hydrophiles des tissus. Des résultats tout à fait satisfaisants ont été obtenus et montrent une bonne capacité de généralisation. En outre, une analyse quantitative par poids des connexions a été menée pour analyser l’importance relative des paramètres d’entrée. Les résultats de cette analyse sont cohérents avec ceux obtenus en utilisant le critère de sensibilité flou. Ceci permet donc de confirmer d’une part l’influence des paramètres sélectionnés, et d’autre part de montrer la fiabilité des réseaux neuronaux
Atmospheric plasma treatment seems to be a good way to treat quickly, cheaply and ecologically textile material surfaces. Despite these advantages, it is extremely difficult to understand the complex non-linear relationship between the plasma processing parameters and the final properties of materials. Therefore, the study and optimization of such process must be based on an exploitation of intelligent techniques such as fuzzy logic and neural networks. In a first part, the impact of atmospheric air Dielectric Barrier Discharge (DBD) plasma treatment is studied on different types of polyester and viscose woven fabrics. In order to get a better understanding on how the structure of woven fabrics influence on the results of the plasma treatment, a selection of the most relevant parameters was carried out by using a fuzzy logic based sensitivity variation criterion. This work shows that that the electric power, the treatment speed, the composition, the fibers fineness, the air permeability, the weave construction and the summit density have an influence on the wettability and the capillarity of fabrics. Lastly, a neural network approach was developed to predict the relationship between the selected input parameters and the fabric hydrophilic properties. Very satisfactory results were obtained and show a good capacity of generalization. Moreover, a quantitative analysis based on the weights of connections was conducted to analyze the relative importance of the input parameters. The results of this analysis are coherent with those obtained by using the fuzzy logic based sensitivity variation criterion. Thus, this finding confirms, on the one hand, the influence of the selected parameters and, on the other hand, it shows the efficiency of neural networks

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Daadaa, Rihab. "Formulation mixte augmentée d’un modèle « Full-wave » tridimensionnel dans un plasma froid : analyse numérique d’une approximation ℙ₂-ℙ₁." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0307.

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Abstract:

L'objet de ce mémoire de thèse est d’étudier une méthode de simulation numérique d'un modèle dit “Full wave” de la propagation dans un tokamak d'une onde électromagnétique injectée par un ensemble d'antennes installées sur le bord de l'enceinte de confinement. Une méthode de simulation par éléments finis de Lagrange est déployée. Dans le premier chapitre est introduit le modèle physique considéré pour décrire la propagation d'une onde électrostatique d'une fréquence proche de la résonance hybride dans un plasma dit froid et confine par un champ magnétique à l'intérieur d'un tokamak. La propagation des ondes électromagnétiques est modélisée par les équations de Maxwell. Une approximation de la solution harmonique en temps est considérée. Dans le chapitre deux sont rappelées les formulations varationnelles mixtes et mixtes augmentées déjà étudiées précédemment. Ces formulations nous permettent de chercher des solutions dans (H¹(Ω))³ et donc une approximation en éléments finis conformes dans cet espace. Le chapitre trois est dédié à la présentation de la discrétisation des équations du modèle en trois dimensions d’espace. Dans le chapitre quatre il est démontré le caractère bien posé du système d'équations discret lorsqu'on considère une approximation de type Taylor-Hood ℙ₂-ℙ₁. Un résultat d’existence et unicité de la solution dans le cas d'un "tore" polyédrique est présenté. Le chapitre 5 est dédié aux simulations numériques. En premier on explicite les termes du tenseur diélectrique K ainsi que ses dérivées, qui sont nécessaires au montage de la matrice de raideur du système. Les premières simulations concernent le cas où la densité des électrons et des ions est constante. On présente ensuite des résultats dans le cas où les densités ont un profil parabolique. Le cas où le vecteur d'onde est une fonction de la distance au centre du tokamak est également considéré
The object of this thesis is to study a numerical simulation method of a so-called “Full-wave” model of the propagation in a tokamak of an electromagnetic wave injected by a set of antennas installed in the boundary of the containment chamber. A Lagrange finite element approximation method is deployed. In the first chapter, we introduced the physical model considered to describe the propagation of an electrostatic wave of a frequency close to hybrid resonance in a so-called cold plasma, plasma confined by a magnetic field inside a tokamak. The propagation of electromagnetic waves is modeled by Maxwell's equations. This work contemplates an approximation of the time-harmonic solution. In the second chapter, we recall the mixed and mixed variational formulations already studied in the past. These formulations allow us to find solutions in (H¹(Ω))³ and therefore a conformal finite element approximation in this space. Chapter three is dedicated to the presentation of the discretization of the model's equations in three dimensions of space. In chapter four it is demonstrated the well-posed character of the discrete system of equations when one considers a Taylor-Hood type approximation ℙ₂-ℙ₁. In this section, we proved a result about the existence and the uniqueness of the solution in the case of a polyhedral “torus”. Chapter 5 is dedicated to numerical simulations. First are introduced the terms of the dielectric tensor K and its derivatives, needed to mount the stiffness matrix of the system. The first simulations concern the case where the density of electrons and ions is constant. Then results are presented in the case where densities have a parabolic profile. It is also considered the case where the wave vector is a function of the distance at the center of the tokamak

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Riad, Hassan. "Calcul du transfert radiatif dans des arcs et des plasmas thermiques : application à l'hydrogène et au méthane." Toulouse 3, 1996. http://www.theses.fr/1996TOU30178.

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Abstract:

Ce travail consiste a calculer la puissance transportee par rayonnement dans les plasmas thermiques etablis dans un gaz a une seule espece ou a plusieurs especes. Ce calcul a ete effectue a partir de l'equation du transfert radiatif qui est difficile a resoudre a cause de la complexite de la repartition spectrale du rayonnement et de l'existence des gradients de temperature, de pression et de concentration. Pour ces raisons, le calcul du transfert radiatif a ete base sur des methodes approximatives. On suppose que le milieu est en e. T. L. Et non diffusif et on a developpe les methodes suivantes: - methode du coefficient d'emission nette, en milieu homogene et isotherme, qui a ete appliquee au cas d'un plasma d'arc electrique pour les gaz suivants: hydrogene, carbone, oxygene, vapeur d'eau, melanges argon-carbone, fluorures de carbone (cf#4 ou c#2f#6) et melanges hexafluorure de soufre-cf#4 ou c#2f#6 avec des temperatures allant de 5 000 a 30 000 k et une pression de 0,05 a 1,6 mpa. Cette methode permet de calculer avec une assez bonne precision, la temperature dans les regions les plus chaudes. Les resultats de cette approche montrent d'une part que le carbone est plus emissif que les autres especes etudiees ici et d'autre part que le rayonnement net d'un melange de deux especes n'est pas systematiquement proportionnel aux valeurs du rayonnement des deux especes. - methode du corps gris dans differentes bandes de frequence (ou de longueur d'onde): elle est fondee sur le decoupage du spectre de frequence en quelques bandes spectrales en supposant que sur chaque bande spectrale, le coefficient d'absorption total est constant a l'interieur d'une bande, pour une temperature donnee. Cette etude a ete appliquee aux plasmas thermiques etablis dans l'hydrogene, le methane, l'hexafluorure de soufre (sf#6) et les melanges sf#6-cuivre. - methode des caracteristiques partielles: elle traite le transfert radiatif en tenant compte a la fois de la structure reelle du spectre et des gradients de temperature ou des densites de particules. Cette methode est plus performante mais plus lourde que les deux precedentes et a ete appliquee a l'hydrogene et le methane. Ces deux dernieres approches consistent a etablir des banques de donnees en fonction de la temperature variant de 300 a 30 000 k et de pression de 0,1 a 1 mpa. Ces donnees sont ensuite utilisees dans des modeles d'arc pour etudier l'emission et l'absorption du rayonnement dans les plasmas thermiques. Les resultats montrent, dans le cas monodimensionnel et suivant un profil de temperature, une forte absorption du rayonnement dans le gaz froid, lorsque l'arc est etabli dans un gaz moleculaire. Dans les regions froides d'un milieu de methane, l'absorption est tres importante dans l'uv et peut atteindre 90% du rayonnement emis par les regions chaudes

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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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Abstract:

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 simplifié
In 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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Duez, Vincent. "Modélisation des Champs Magnétiques de Grandes Échelles dans les Intérieurs Stellaires : Application aux étoiles de type solaire et aux étoiles Ap." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2009. http://pastel.paristech.org/5936/01/these.pdf.

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Abstract:

L’astrophysique stellaire nécessite aujourd’hui de modéliser les champs magnétiques de grandes échelles, observés par spectropolarimétrie à la surface d’étoiles de type Ap/Bp et pouvant expliquer la rotation uniforme dans la zone radiative solaire déduite de l’héliosismologie. Durant ma thèse, je me suis attaché à décrire les possibles états d’équilibre magnétique dans les intérieurs stellaires. Les configurations trouvées sont mixtes poloïdalestoroïdales et minimisent l’énergie à hélicité donnée, en analogie aux états de Taylor rencontrés dans les sphéromaks. La prise en compte de l’auto-gravité m’a conduit à des équilibres de type « non force-free », qui vont donc influencer la structure stellaire. J’ai dérivé toutes les quantités physiques associées au champ magnétique puis quantifié les perturbations qu’elles induisent sur la gravité, les quantités thermodynamiques et énergétiques, pour une structure solaire et une étoile Ap. Des simulations MHD 3D m’ont permis de démontrer que ces équilibres forment une première famille d’états stables, la généralisation de tels états restant une question ouverte. J’ai montré qu’un champ magnétique dans la zone radiative solaire est susceptible de déformations comparables à une rotation élevée dans le coeur. Son influence sur la convection a aussi été examinée. J’ai également étudié l’interaction séculaire champ magnétique-rotation différentielle-circulation méridienne dans le but d’implémenter ses effets dans un code d’évolution stellaire nouvelle génération. Par ailleurs, les processus hydrodynamiques ont été comparés à ceux de la diffusion et d’un changement de l’efficacité de la convection dans une étoile cible du satellite CoRoT
Stellar astrophysics needs today new models of large-scale magnetic fields, which are observed through spectropolarimetry at the surface of Ap/Bp stars, and thought to be an explanation for the uniform rotation of the solar radiation zone, deduced from helioseismic inversions. During my PhD, I focused on describing the possible magnetic equilibria in stellar interiors. The found configurations are mixed poloidal-toroidal, and minimize the energy for a given helicity, in analogy with Taylor states encountered in spheromaks. Taking into account the self-gravity leads us to the “non force-free” equilibria family, that will thus influence the stellar structure. I derived all the physical quantities associated with the magnetic field ; then I evaluated the perturbations they induce on gravity, thermodynamic quantities as well as energetic ones, for a solar model and an Ap star. 3D MHD simulations allowed me to show that these equilibria form a first stable states family, the generalization of such states remaining an open question. It has been shown that a large-scale magnetic field confined in the solar radiation zone can induce an oblateness comparable to a high core rotation law. I also studied the secular interaction between the magnetic field, the differential rotation and the meridional circulation in the aim of implementing their effects in a next generation stellar evolution code. The influence of the magnetism on convection has also been studied. Finally, hydrodynamic processes responsible for the mixing have been compared with diffusion and a change of convection’s efficiency in the case of a CoRoT star target

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Crouseilles, Nicolas. "Contributions à la simulation numérique des modèles de Vlasov en physique des plasmas." Habilitation à diriger des recherches, Université de Strasbourg, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00529809.

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Nishimura, Seiya. "Study on multi-scale nonlinear dynamics of magnetic islands in tokamak plasmas." Aix-Marseille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX11060.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à la modélisation et à la simulation de la dynamique non linéaire d’un îlot magnétique en présence d’un gradient de pression dans un plasma magnétisé de tokamak. Ce mode nommé ‘’drift tearing’’ est en fait un mode de déchirement couplé à une onde de dérive électronique. Les instabilités de déchirement jouent un rôle important dans la stabilité magnétohydrodynamique des plasmas de fusion thermonucléaire. Il est en effet admis que ces instabilités détermineront la limite en pression dans les plasmas du futur tokamak ITER. Il se trouve que de nombreuses questions restent ouvertes concernant les conditions d'apparition ainsi que la dynamique de ces modes en régime non-linéaire. Un point très important est la vitesse de rotation de l'îlot magnétique qui se développe lors de l'apparition d'une instabilité de déchirement. Cette vitesse de rotation, en particulier son signe, conditionne l'évolution non linéaire de l'îlot. Dans cette thèse, les mécanismes physiques sous-jacents à cette rotation sont explorés. Un résultat important est que le sens de la rotation de l'îlot change en fonction de la viscosité et de la résistivité. Afin de comprendre ce phénomène, un modèle analytique a été développé et a permis de comparer favorablement les prédictions théoriques aux simulations numériques de la dynamique de l'îlot en régime non-linéaire. Ce modèle a aussi permis de démontrer un résultat d'application pratique : l'augmentation de la fréquence de rotation avec le nombre de Prandtl magnétique
This thesis is devoted to the modelling and simulation of the nonlinear dynamics of a magnetic island in presence of a pressure gradient in a tokamak plasma. This mode called “drift tearing” is in fact a tearing mode coupled to an electronic drift wave. Tearing instabilities play an important role in the magneto-hydrodynamic stability of thermonuclear fusion plasmas. It is admitted that these instabilities will determine the pressure limit in future plasma tokamak reactors like ITER. There are still many open questions related to the conditions of appearance as well as the nonlinear dynamics of these modes. An important issue is the island rotation which develops during a tearing instability. Indeed, the rotation speed as well as its sign have an important impact on the nonlinear evolution of the magnetic island. In this thesis the physical mechanisms underlying this rotation are explored. An important result is that the rotation direction of the island depends on the viscosity and the resistivity parameters. To understand this phenomenon, a model is developed and validated by numerical simulations. A practical result is derived from this model: the rotation frequency of the magnetic island increases with the magnetic Prandtl number

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Tsikata, Sedina. "Small-scale electron density fluctuations in the hall thruster, investigated by collective light scattering." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/48/40/27/PDF/thesis.pdf.

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Abstract:

Les oscillations dans le plasma d'un propulseur à effet Hall sont susceptibles de provoquer le transport anormal à travers des lignes du champ magnétique. La théorie cinétique linéaire montre qu'en particulier certaines oscillations, de fréquence de l'ordre du mégahertz et de longueur d'onde millimétrique, peuvent jouer un rôle important dans le transport anormal. Les échelles caractéristiques de ces fluctuations ne sont pas détectables par des outils standards comme les sondes. Ce travail décrit pour la première fois l'utilisation d'un diagnostic de diffusion collective (PRAXIS) conçu pour l'étude du plasma du propulseur, qui a mené à l'identification des modes instables dans le plasma. Deux modes hautes fréquences ont été identifiés, se propageant dans les directions azimutale et axiale, avec des longueurs d'onde millimétriques et des fréquences de l'ordre du mégahertz. Les directions de propagation et les ouvertures angulaires de ces modes ont été déterminées. Le mode azimutal, identifié dans la théorie comme agent principal du transport, possède des composantes anti-parallèles au champ magnétique et parallèles au champ électrique et se propage dans une ouverture angulaire très restreinte. Le mode axial montre des caractéristiques liées à la vitesse et la divergence du faisceau d'ions. Le niveau de fluctuation de la densité est associé à une grande amplitude du champ électrique fluctuant. Les résultats des expériences sont en accord avec les prévisions théoriques et apportent de nouvelles informations, permettant ainsi d'améliorer et de développer des modèles pour les deux modes
Anomalous electron transport across magnetic field lines in the Hall thruster plasma is believed to be due in part to plasma oscillations. Oscillations of frequencies on the order of a few megahertz and of wavelengths on the order of a millimeter have been shown to be likely to lead to transport. Measurements of fluctuations at these length scales is, however, beyond the reach of conventional thruster diagnostics such as probes. This work describes the first application of a specially-designed collective light scattering diagnostic (PRAXIS) to the measurement of electron density fluctuations and the subsequent identification of unstable modes in the thruster plasma. Two main high frequency modes are identified, propagating azimuthally and axially, of millimetric length scales and megahertz frequencies. The propagation directions and angular openings of the modes are determined. The azimuthallypropagating mode, believed to be responsible for transport, is shown to have wave vector components antiparallel to the magnetic field and parallel to the electric field, and to propagate within an extremely limited region. The axially-propagating mode is shown to have features closely related to the ion beam velocity and divergence. The electron density fluctuation level is calculated and is associated with a high electric field amplitude. The experiments, confirming a number of predictions arising from linear kinetic theory, also provide much additional information permitting the improvement and development of models for both modes

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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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Abstract:

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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Bian, Nicolas. "Turbulence convective et transport intermittent dans un plasma magnétisé." Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11012.

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Abstract:

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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Lemou, Mohammed. "Etude mathématique et résolution numérique de l'équation de Fokker-Planck-Landau en physique des plasmas." Toulouse 3, 1996. http://www.theses.fr/1996TOU30270.

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Abstract:

L'equation de fokker-planck est un modele cinetique collisionnel communement utilise pour modeliser les plasmas chauds. Ce modele est decrit par une equation d'evolution cinetique comportant un second membre quadratique appele facteur de collision. Cet operateur de collision de fokker-planck derive de l'operateur de collision de boltzmann lorsque les integrales divergentes dues au potentiel coulombien sont remplacees par leur partie principale. Il est constitue d'un operateur de diffusion non-lineaire par rapport a la variable de vitesse, dont la non-linearite apparait a travers la dependance non locale des coefficients de diffusion par rapport a la fonction de distribution. Dans cette these, deux aspects importants de ce probleme ont ete etudies: l'analyse mathematique et l'etude numerique. Nous avons regarde, en particulier, le probleme de l'existence de solutions pour cette equation, leur limite hydrodynamique et leur comportement en temps grand. Dans l'esprit des travaux deja effectues pour l'equation de boltzmann, cette etude passe par une analyse spectrale precise de l'operateur linearise. Une analyse spectrale detaillee de l'operateur de fokker-planck-landau linearise a ete realisee dans cette these. Dans un cadre plus simple correspondant dans un certain sens aux molecules maxwelliennes, des solutions explicites ont ete exhibees, faisant ainsi suite aux travaux equivalents de bobylev, krook et wu pour l'equation de boltzmann. Sur le plan numerique, nous avons developpe des schemas conservatifs et a entropie decroissante, restant ainsi tres proches des exigences de la physique. Toujours sur le plan numerique, des methodes rapides visant a reduire la complexite du probleme initialement quadratique par rapport a la variable de vitesse en une complexite lineaire, ont ete mises en uvre. Ces methodes utilisent soit des algorithmes multigrilles combines avec des methodes d'integration aleatoires, soit des developpements multipolaires inspires des travaux de greengard et rocklin. Des tests numeriques illustrant l'efficacite de ces algorithmes ont ete effectues dans cette these. Une partie de ce travail numerique a ete effectuee dans le cadre d'un contrat entre le laboratoire mip (mathematiques pour l'industrie et la physique, toulouse) et le cea de limeil

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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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Abstract:

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 turbulence
Particle 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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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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Abstract:

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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Décultot, Léa. "Étude et modélisation du procédé de refusion par plasma d’arc en creuset froid (PAMCHR) d’alliages de titane pour des applications aéronautiques." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0031.

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Abstract:

Le procédé Plasma Arc Melting Cold Hearth Refining (PAMCHR) permet de recycler des chutes de titane afin d’élaborer des alliages de titane de qualité aéronautique. Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit se concentrent sur l’étape d’affinage du procédé. Elle correspond, après fusion de la matière et avant coulée en lingotière, au transport du métal liquide dans un creuset à fond plat en cuivre refroidi à l’eau. L’apport de chaleur du procédé se fait par des torches à plasma, dans un environnement de gaz inerte. Une modélisation tridimensionnelle de l’écoulement thermo-hydrodynamique de l’alliage de titane, a été développée avec pour base le logiciel CFD Ansys-Fluent. L’objectif de cet outil, nommé PAM3D, est d’améliorer notre compréhension du comportement du titane liquide au sein du creuset d’affinage. Un grand nombre de fonctions ont été intégrées au modèle pour décrire, entre autres, les transferts thermique et dynamique entre le jet de plasma et la surface du bain liquide. La compréhension de ces transferts est primordiale à la modélisation du procédé : ils ont pu être obtenus à l’aide d’une série d’essais, réalisés sur un four pilote PAMCHR, et de simulations obtenues par le développement de deux modèles numériques simples. Des résultats de simulations obtenues par cette première version de PAM3D sont confrontés à des mesures prises à partir de fusions expérimentales, et la comparaison est jugée satisfaisante. Cependant, la valeur maximale implémentée dans le modèle de la contrainte pariétale, dû à l’impact de la torche à la surface du bain, semble être sous-estimée. Des simulations complémentaires mettent d’ailleurs en avant le rôle important des forces hydrodynamiques sur le comportement thermique du bain, et en particulier de cette contrainte pariétale
The recycling of titanium scraps can be achieved using the Plasma Arc Melting Cold Hearth Refining (PAMCHR) process with the aim of producing aeronautical titanium alloy ingots. In this manuscript, the research work focuses on the refining stage of the process where the liquid is transported in a horizontal copper water-cooled crucible. This important step takes place downstream the melting of the charge and upstream the casting of liquid titanium into the ingot mold crucible. Plasma torches are used as heat source of PAMCHR process, which is conducted under an atmosphere of inert gas. A three-dimensional modeling of the thermo-hydrodynamic flow of the titanium alloy has been set up based on Ansys-Fluent CFD software. The purpose of this tool, named PAM3D, is to improve our understanding of the liquid titanium behavior within the refining crucible. A large number of user functions have been integrated into the model to describe, among other mechanisms, the thermal and momentum transferred from the plasma plume to the surface of the liquid bath. The analysis of these transfers is essential for modeling the process. They are obtained by a study coupling melting tests, carried out in a pilot PAMCHR furnace, and numerical modeling. Numerical results, obtained by this first version of PAM3D are compared to experimental measurements, and the agreement is satisfactory. However, the maximum value of the shear stress, due to the impact of the plasma plume on the bath surface, implemented in the model seems to be underestimated. Moreover, complementary simulations highlight the important role of hydrodynamic forces on the thermal behavior of the bath, and in particular of this shear stress

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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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Jaoul, Cédric. "Étude par thermogravimétrie d'un procédé de nitrocarburation des aciers assisté par une post-décharge micro-ondes dans les mélanges N2-CH4 et Ar-N2-H2-C3H8 : diagnostic optique et modélisation de l'interaction gaz-surface." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2004. http://www.theses.fr/2004INPL113N.

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Abstract:

La post-décharge N2-CH4 a fait l'objet d'une étude par spectroscopie d'émission optique. Une méthode permettant de déduire les concentrations en atomes d'azote et de carbone dans la post-décharge est présentée. La prise de masse des échantillons au cours des traitements de nitrocarburation en post-décharge à pu être suivie par thermogravimétrie in situ. L'utilisation de propane lors de traitements séquencés a permis de montrer que le procédé etudié permettait de réaliser différentes configurations de carbonitrures en surface: une monocouche (E) ou une multi-couche de combinaison. Le modèle de cinétique chimique développé prédit convenablement l'ordre de grandeur des espèces présentes dans la post-décharge décharge N2-CH4. Enfin, le couplage de plusieurs modèles (cinétique chimique de la phase gaz, réactions de surface et diffusion dans le solide) a pu aboutir dans le cas de la nitruration en post-décharge
N2-CH4 afterglow is first studied by optical emission spectroscopy. A method to measure densities of carbon and nitrogen atoms in the post-discharge is presented. The mass gains of pure iron sam pies during post-discharge nitrocarburising treatments are monitored by in situ thermogravimetry. The use of propane during sequenced treatments shows that the studied orocess allows the synthesis of various carbonitride configurations: monophased (E) or multi-phased compound layer. The modeling of volume kinetic processes in the gas phase suitably predict the order of magnitude of the densities for major species in the N2-CH4 post- discharge. Lastly, we propose original results obtained by coupling several models (chemical kinetics of the gas phase, surface kinetics and diffusion in the solid) in the case of post-discharge nitriding

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Cismondi, Fabio. "Contrôle non destructif par thermographie infrarouge des composants face au plasma des machines de fusion contrôlée : modélisation et traitement statistique du signal associé." Toulon, 2007. http://www.theses.fr/2007TOUL0005.

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Abstract:

La fabrication des Composants Face au Plasma (CFP) d'une machine de fusion contrôlée comporte la réalisation d'une jonction carbone/cuivre qui peut présenter des défauts. La qualification des CFP par des méthodes de Contrôle Non Destructifs (CND) est essentielle. A Cadarache le banc SATIR (Station d'Acquisition et de Traitement Infrarouge) utilise la thermographie infrarouge stimulée pour le CND des CFP : la présence d'un défaut doit être détectée par analyse des mesures IR. Les traitements existants, qui utilisent une référence expérimentale, ont mis en évidence leurs limites. L'amélioration des traitements des mesures SATIR font l'objet de cette thèse. On s'est proposé de faire converger les contributions apportées par la modélisation thermique et par le traitement statistique du signal. Grâce à la modélisation thermique des paramètres sensibles aux défauts ont été identifiés. La détection rapide d'un défaut s'est faite par l'estimation de la résistance thermique de contact De plus, une modélisation du système SATIR par Eléments Finis a permis de définir le concept de tuile synthétique déterministe. Ce concept a été étendu par l'approche statistique (Méthode de Monte Carlo) vers celui de population test numérique. Pour ce qui concerne le traitement du signal, les méthodes statistiques traditionnelles ont permis de s'affranchir du concept de référence expérimentale. De plus le Filtre Adapté Stochastique et ses extensions ont permis d'améliorer les résultats en détection et d'introduire le concept de classification des défauts. Les performances des méthodes à sous-espace ont été quantifiées à l'aide des Courbes Opérationnelles de Réception
In Plasma Facing Components (PFCs) the joint of the CFC armour material onto the metallic CuCrZr heat sink needs to be significant defects free. Detection of material flaws is a major issue of the PFCs acceptance protocol. A Non-Destructive Technique (NDT) based upon active infrared thennography allows testing PFCs on SATIR tests bed in Cadarache. Up to now defect detection was based on the comparison of the surface temperature evolution of the inspected component with that of a supposed "defect-free" one (used as a reference element). This work deals with improvement of thermal signal processing coming from SATIR. In particular the contributions of the thermal modelling and statistical signal processing converge in this work. As for thermal modelling, the identification of a sensitive parameter to defect presence allows improving the quantitative estimation of defect Otherwise Finite Element (FE) modelisation of SATIR allows calculating the so called deterministic numerical tile. Statistical approach via the Monte Carlo technique extends the numerical tile concept to the numerical population concept. As for signal processing, traditional statistical treatments allow a better localization of the bond defect processing thermosignal by itself, without utilising a reference signal. Moreover the problem of detection and classification of random signals can be solved by maximizing the signal-to-noise ratio. Two filters maximising the signal-to-noise ratio are optimized: the stochastic matched filter aims at detects detection and the constrained stochastic matched filter aims at defects classification. Performances are quantified and methods are compared via the ROC curves

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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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Abstract:

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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Davoine, Xavier. "Accélération électronique par sillage laser et sources de rayonnements associées." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2009. http://www.theses.fr/2009VERS0057.

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Abstract:

L'accélération par sillage laser est une technique permettant d'obtenir un accélérateur à électrons très compact en comparaison avec les accélérateurs conventionnels et produisant des faisceaux d'électrons aux propriétés inédites. Elle repose sur l'utilisation d'une impulsion laser ultra intense et de durée ultracourte. En se propageant dans un plasma peu dense, l'impulsion laser crée dans son sillage une onde plasma générant des champs électriques très importants et d'amplitude de plusieurs ordres de grandeur supérieure aux accélérateurs conventionnels. Ces ondes de sillage permettent d'accélérer très fortement des faisceaux d'électrons en quelques millimètres ou centimètres, jusqu'à des énergies de plusieurs dizaines de MeV à quelques GeV. La taille des accélérateurs est donc considérablement réduite. Les faisceaux d'électrons ainsi générés peuvent être notamment utilisés pour créer des rayonnements X et gamma ultra-brefs par diverses méthodes, par exemple en utilisant des cibles de conversion ou des onduleurs. Le travail réalisé dans cette thèse est essentiellement numérique. L'interaction laser-plasma est modélisée à l'aide du code Calder. Les simulations ont permis de mieux comprendre la physique en jeu, notamment dans le cas où les électrons sont injectés dans l'onde de sillage grâce au schéma de collision d'impulsions. Ce schéma permet d'améliorer la qualité des faisceaux produits et d'en contrôler les caractéristiques. Enfin, un code reposant sur une modélisation et des algorithmes différents a été étudié. Ce nouveau code permet de réduire considérablement la durée des simulations
With laser wakefield acceleration, compact electron accelerators can be obtained in comparison with conventional accelerators. In addition, the resulting electron beams display original properties. This method deals with the use of an ultra-short and ultra-intense laser pulse. While propagating in low density plasma, the laser pulse creates in its wake a plasma wave with electrical field amplitude much larger than in conventional accelerator (by several orders of magnitude). This wakefield can strongly accelerate electron beams in few millimetres or centimetres up to energy from tens of MeV to several GeV. The accelerator size is then considerably reduced. The electron beams generated with wakefield acceleration can be used to produce X and Gamma-rays by diverse methods, for instance by using conversion targets or wigglers. The work achieved in this thesis is essentially numerical. The laser-plasma interaction is modelled with the code Calder. The simulations have allowed to better understand the physics involved, in particular when the electrons are injected thanks to the colliding pulse scheme. This scheme allows to improve the beam quality and to control its properties. Finally a code based on a different model and algorithms has been studied. This new code allows to considerably reduce the simulation length

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Vergne, Pierre-Jean. "Simulation numérique d'un arc de disjoncteur à hexafluorure de soufre en présence d'un écoulement turbulent en régime stationnaire." Toulouse 3, 1995. http://www.theses.fr/1995TOU30056.

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Abstract:

Cette thèse a pour sujet la simulation numérique d'un arc de disjoncteur établi dans de l'hexafluorure de soufre (SF#6), en présence d'un violent écoulement, turbulent, compressible et partiellement supersonique. La décharge est stationnaire et supposée a l'équilibre thermodynamique local ; elle correspond a un arc créé dans une maquette de disjoncteur réelle. Les résultats sont présentés dans trois chapitres. . . . . .

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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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Abstract:

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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Deluzet, Fabrice. "Modélisation mathématiques et simulation numérique de commutateurs d'ouverture à plasma." Toulouse, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAT0002.

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Abstract:

Nous nous intéressons à la modélisation et à la simulation de commutateurs d'ouverture à plasma. Le fonctionnement de ces dispositifs est caractérisé par des ruptures de quasi-neutralité où la différence d'inertie entre les électrons et les ions est déterminante. Pour rendre compte de ces phénomènes un modèle bi-fluide collisionnel est utilisé pour représenter le plasma, et le champ électromagnétique est décrit par les équations de Maxwell. Les équations de l'hydrodynamique sont associées au gaz d'ions. Le fluide électronique est représenté par un modèle asymptotique où l'inertie des particules est négligée : le modèle d'énergie-transport. Dans ce travail nous développons le modèle d'énergie-transport à la description d'électrons relativistes. Nous étudions ensuite la limite classique de ce modèle à l'aide d'une analyse modale. Nous développons un schéma numérique permettant la discrétisation de ce modèle bi-fluide couplé aux équations de Maxwell en géométrie bidimensionnelle cartésienne et axisymétrique. Les équations fluides sont discrétisées par des méthodes Particle-In-Cell et Fluid-Implicit-Particle afin de permettre l'intégration implicite de l'équation d'énergie électronique. Une méthode de différences finies est utilisée pour pour les équations de Maxwell. Ce travail est conclu par un ensemble de simulations des différentes phases de fonctionnement des commutateurs d'ouverture à plasma. La stabilité des schémas y est mise en évidence et nous montrons l'importance des conditions aux limites utilisées pour représenter les divers phénomènes physiques
This thesis deals with plasma opening switches modeling and simulation. Space charge separation effects are determinant in explaining the operating of such devices, and to deal with these phenomena, we consider a bi-fluid model for the plasma. The Maxwell's equations describe the change in electromagnetic field. Hydrodynamic equations are regarded to represent the ionic fluid. An asymptotic model, in which particles inertia is neglected, is considered for electrons. This model is referred to as the energy-transport model. In this thesis, we first give an extension of the energy-transport model in the context of relativistic electrons. We then study the classical limit of this model with the help of a modal analysis. We finally develop numerical methods to discretize the bi-fluid model coupled with the Maxwell's system. Fluid equations are discretized thanks to Particle-In-Cell and Fluid-Implicit-Particle methods in order to derive an implicit scheme for the electronic energy equation. The Maxwell's equations are finite differenced an a cartesian mesh. This work is ended by a set of simulations aimed at presenting different phases of the plasma opening switches operating. The stability of the schemes is demonstrated and we emphasize the importance of boundary conditions to give an accurate representation of determinant phenomena

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Regnier, Christophe. "Dépot chimique en phase vapeur d'oxydes (SiO2, Al2O3) sur des substrats métalliques dans une post-décharge micro-onde : caractérisation des films et modélisation du plasma d'oxygène." Limoges, 1995. http://www.theses.fr/1995LIMO0042.

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Abstract:

Des melanges silane/argon et tma/argon ont ete employes pour deposer des films de silice et d'alumine dans une post-decharge micro-onde d'oxygene, a basse temperature (< 400c) avec de grandes vitesses de depot ( 0. 1 m. Min#-#1) sur des substrats metalliques. La densification des films de silice est observee a 300c et pour une puissance micro-onde superieure a 180 w. La polarisation rf des substrats diminue le taux d'hydrogene incorpore (ftir, erda). Les films sont stchimetriques (xps, aes) et adherents. La spectrometrie d'emission montre une correlation entre l'espece sio et la prise de masse des depots, tandis que les especes si et sih traduiraient une fragmentation concurrente du silane. La qualite des depots est reliee a l'emission des especes h et oh. L'alumine peut etre deposee dans les memes conditions experimentales que la silice. Cependant, meme a 400c et avec une polarisation de 200 v, la densification des films reste incomplete. L'adherence et les proprietes des depots sont deteriorees par un debit d'oxygene, une temperature ou une puissance micro-onde trop faible, ou par un debit de tma trop eleve. La densite et la temperature des electrons ont ete mesurees par double sonde de langmuir. La temperature du gaz est deduite du spectre rotationnel de la bande atmospherique de l'oxygene. La modelisation de la decharge a permis de determiner les concentrations des especes actives du plasma et semble indiquer que l'oxygene atomique participe a la reaction de depot. Le modele prevoit la quantite d'energie dissipee dans le tube en quartz et les inhomogeneites radiales et longitudinales de la densite electronique. Enfin, la modelisation du couplage electromagnetique entre le plasma et les micro-ondes montre que leur propagation ne peut se faire qu'en presence des grains electrostatiques. Il faut aussi tenir compte de l'inhomogeneite radiale et longitudinale de la permittivite relative du plasma

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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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Abstract:

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 posés
A 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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Hattori, Takashi. "Décomposition de domaine pour la simulation Full-Wave dans un plasma froid." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0380/document.

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Abstract:

De nos jours, les centrales nucléaires produisent de l'énergie par des réactions de fission (division d'un noyau atomique lourd en plusieurs noyaux atomiques légers et neutrons). Une alternative serait d'utiliser plutôt la réaction de fusion de noyaux légers de deutérium et de tritium, isotopes de l'hydrogène. Toutefois, cette technique reste encore du domaine de la recherche en physique des plasmas. Les expériences effectuées dans ce domaine ont révélé que les réacteurs à configuration magnétique toroïdale, dite tokamak, sont les plus efficaces. Un mélange gazeux d'isotopes de l'hydrogène appelé plasma est confiné grâce à un champ magnétique produit par des bobines. Ce plasma doit être chauffé à une température très élevée afin que les réactions de fusion aboutissent. De même, un courant intense doit être maintenu dans le plasma afin d'obtenir une configuration magnétique qui permet de le confiner. Une des méthodes les plus attrayantes parmi les techniques connues pour générer du courant est basée sur l'injection d'ondes électromagnétiques dans le plasma à la fréquence proche de la résonance hybride. Cette méthode offre la possibilité de contrôler le profil de densité dans le plasma. Une analyse de type Full-Wave permet alors de modéliser la propagation et l'absorption de l'onde hybride à partir des équations de Maxwell. Le but de cette thèse est de développer une méthode numérique pour cette simulation Full-Wave. Le chapitre 2 présente les équations de propagation d'ondes en mettant en évidence les caractères physiques du plasma. Une approche variationnelle de type mixte augmentée est développée et une analyse mathématique de cette dernière est effectuée dans le chapitre 3. Dans le contexte de la géométrie d'un tokamak, le problème Full-Wave dépendant de trois paramètres peut être réduit en une série de problèmes à deux variables à l'aide de la transformation de Fourier, ce sera l'objet du chapitre 4. Dans le chapitre 5, la formulation variationnelle obtenue à partir du problème mode par mode est discrétisée en utilisant des éléments finis nodaux de type Taylor-Hood. Le chapitre 6 concerne les méthodes de résolution du système linéaire après discrétisation. À l'aide de différents diagnostics physiques présentés dans le chapitre 7, des résultats de la simulation Full-Wave obtenues à partir d'un code MATLAB sont présentées dans le chapitre 8. Enfin, dans le but de développer une version parallèle de la simulation, le chapitre 9 est consacré à une méthode de décomposition de domaine sans recouvrement associé au système Full-Wave
In order to generate current in tokamak, we look at plasma heating by electromagnetic waves at the lower hybrid (LH) frequency. For this type of description, one use a ray tracing code but we consider a full-wave one, where dielectric properties are local.Our aim is to develop a finite element numerical method for the full-wave modeling and to apply a domain decomposition method. In this thesis, we have developped a finite element method in a cross section of the tokamak for Maxwell equations solving the time harmonic electric field and a nonoverlapping domain decom- position method for the mixed augmented variational formulation by taking continuity accross the interfaces as constraints

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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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Abstract:

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 glissantes
The 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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Abstract:

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 tokamak
Magnetic 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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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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Abstract:

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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Van, Box Som Lucile. "Des naines blanches magnétiques accrétantes aux plasmas laser : simulations, similitudes et expériences." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS555.

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Abstract:

Les naines blanches magnétiques composent certains systèmes binaires particuliers qui accrètent la matière de leur compagnon sous la forme d’une colonne d’accrétion. Le flot de matière confiné par les lignes de champ magnétique, tombe à une vitesse supersonique au niveau du ou des pôles magnétiques de la naine blanche. Lors de l’impact, un choc d’accrétion est généré et la matière choquée se structure sous l’effet de processus radiatifs complexes. Dans ce travail, nous présentons des données observationnelles, des données de simulations numériques à l’échelle astrophysique, des études théoriques et enfin des données expérimentales obtenues sur différentes installations laser ainsi que leurs simulations numériques associées. Tout d’abord, des approches théoriques et numériques à l’échelle astrophysique permettent de décrire la structure et la dynamique de la colonne d’accrétion. En particulier, nous avons étudié l’origine d’oscillations rapides observées dans les courbes de lumière de certains objets. Puis, nous avons complété ces études par une approche expérimentale afin de construire des maquettes aux dimensions millimétriques en laboratoire des phénomènes hydro-radiatifs présents dans les colonnes d’accrétion grâce à l’utilisation de lasers de puissance. Des résultats expérimentaux obtenus sur l’installation GEKKO XII et leurs interprétations sont présentés. Enfin, nous avons optimisé un nouveau schéma expérimental en attaque indirecte pour atteindre un régime similaire sur les installations mégajoules. Les données extraites de ces expériences permettront d’apporter des éléments essentiels pour améliorer la modélisation astrophysique
Magnetic white dwarfs are part of some binary systems which accrete matter from their companion star as an accretion column. The accretion flow confined by the magnetic field lines falls at a supersonic velocity onto the magnetic poles of the white dwarf. At the impact, an accretion shock is generated and the post-shock region is structured as a result of the effects of complex radiative processes. In this work, we present observational data, astrophysical numerical data, theoretical studies and finally experimental data obtained on different laser facilities as well as their associated numerical simulations. First, theoretical and numerical studies at the astrophysical scale describe the structure and the dynamics of the accretion column. In particular, we have studied the origin of rapid oscillations observed in the optical light curves of some objects. Then, we have completed these studies with an experimental approach to build laboratory millimetre-scaled models of the radiation hydrodynamic processes occurred in the accretion column through powerful lasers. Experimental results obtained on the GEKKO XII laser facility and their interpretations are presented. Finally, we have optimized a new experimental design to achieve a similar regime on megajoule facilities in indirect drive. The data obtained from such experiments will provide new insights to improve astrophysical modelling

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Judée, Florian. "Liquides activés par jet de plasma froid pour le traitement sélectif du cancer colorectal : synthèse, caractérisation et essais thérapeutiques sur modèles cellulaires 3D in vitro et in vivo." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30344/document.

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Abstract:

Les dispositifs plasma à la pression atmosphérique (PA) produisent de nombreuses espèces actives physiques (photons, particules chargées, champ électriques etc.) et chimiques (radicaux libres, espèces réactives de l'oxygène, espèces réactives de l'azote etc.). Ces espèces connues pour leurs effets biologiques directs ou indirects font de l'utilisation des jets de plasmas froids à la PA pour des traitements biomédicaux un sujet de recherche en plein développement. La recrudescence des cas de radiorésistance et chimiorésistance chez les micro-organismes et les cellules cancéreuses impose la recherche de nouveaux modes de traitements innovants. C'est dans ce contexte général que s'inscrit les travaux présentés ici dont l'enjeu majeur est la compréhension des mécanismes d'actions des plasmas froids à la PA sur le cancer colorectal (deuxième cause de mortalité par cancer en France). Le travail de thèse présenté concerne l'utilisation d'un modèle biologique in-vitro (sphéroïde tumoraux multicellulaire du cancer du côlon HCT116) en 3 dimensions qui permet de prendre en compte des paramètres déterminants dans la prolifération tumorale. Ce modèle permet ainsi une meilleure prédiction des résultats in vivo dans l'objectif d'une étude clinique ultérieure. De plus les cinétiques de créations des espèces actives ont été étudiées dans leur globalité depuis le dispositif plasma jusqu'aux interactions intracellulaires à partir d'analyses physiques, biologiques et chimiques. Le traitement indirect par utilisation de liquides activés par jet de plasma d'hélium a été privilégié pour élaborer un traitement endoscopique du cancer colorectal. L'ensemble des travaux menés sur l'observation des interactions des liquides activés par plasma sur les sphéroïdes tumoraux multicellulaires a permis de révéler deux modes d'actions distincts. Le premier étant une génotoxicité du liquide activé induite par la présence de peroxyde d'hydrogène dont l'action induit une cassure double brin de l'ADN intracellulaire conduisant les cellules à la mort par apoptose. Une interaction directe des radicaux libres produits dans le milieu avec les composants de ce dernier (acides aminés, glucose, etc.) ainsi que la présence de nitrites et nitrates induisent également un effet antiprolifératif à long terme du milieu activé par plasma sur les tumeurs HCT116. Différentes méthodes comme la résonance paramagnétique électronique et la spectroscopie d'émission optique ont permis de révéler des voies de création possibles conduisant à la formation de ces espèces actives. Des campagnes d'essais thérapeutiques ont permis d'évaluer la capacité des liquides activés par plasma à cibler davantage les cellules cancéreuses plutôt que les cellules saines ce qui en fait une méthode de traitement sélectif particulièrement prometteuse. Le développement et la caractérisation d'un second jet de plasma d'argon a été réalisé avec l'objectif d'optimiser l'effet antiprolifératif des plasmas sur les tumeurs tout en tenant compte des contraintes imposées par l'utilisation d'un tel dispositif pour le traitement du cancer colorectal
Plasma devices at atmospheric pressure (AP) generate many physical active species (photons, charged particles, electric field, etc.) and chemical (free radicals, reactive oxygen species, reactive nitrogen species, etc...). This species are well known for their direct or indirect biological effects thus biomedical treatment by low temperature plasma jets at AP is currently a hot research topic. The upsurge of radioresistance and chemoresistance of microorganisms and cancer cells requires the development of new biomedical treatment. In this general context, the present work is a step towards the understanding of the effect induced by low temperature plasma jets at atmospheric pressure on colorectal cancer (second leading cause of death by cancer in France). This thesis focuses on the implementation of an in vitro biological model (multicellular tumor spheroid of colorectal cancer HCT116) in 3 dimensions which allows to take into account key parameters in tumor proliferation. This model is also well suited for the prediction of in vivo results in the aim of a subsequent clinical study. Further research about kinetic reactions of active species has been studied from the plasma device up to intracellular interactions through physical, biological and chemical analyses. Indirect treatment of tumors was carried out through helium plasma jet activated liquids. This solution was chosen for its relevance for endoscopic treatment of colorectal cancer. Interaction between plasma activated liquid and multicellular tumor spheroids has shown two distinct pathways. The first one is the genotoxicity of activated medium induced by the occurrence of hydrogen peroxide which induced DNA damages once penetrated in intracellular medium and leading to cell death by apoptosis. A direct interaction between free radicals generated in liquid medium and the latter components (amino acids, glucose, etc.) associated with the occurrence of nitrites and nitrates induces a long-term antiproliferative effect of plasma activated liquid. Chemical pathways of the formation of these active species were identified by using different analysis techniques such as electron paramagnetic resonance and optical emission spectroscopy. Therapeutic analysis have also demonstrated that plasma activated liquid damage preferentially colon cancer cells rather than healthy cells making it a particularly promising selective treatment method. The design and the characterization of a second plasma jet using argon as a carrier gas was carried out with the aim to improve the antiproliferative effect of plasmas on tumors while taking into account the requirement for the use of such device for colorectal cancer treatment

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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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Abstract:

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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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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Abstract:

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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Fontaine, Adrien. "Relations de dispersion dans les plasmas magnétisés." Thesis, Rennes 1, 2017. http://www.theses.fr/2017REN1S029/document.

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Abstract:

Cette thèse décrit comment les ondes électromagnétiques se propagent dans les plasmas magnétisés, lorsque les fréquences sollicitées sont proches de la fréquence électron cyclotron. Elle porte sur l’analyse mathématique des variétés caractéristiques qui sont associées à des systèmes de type Vlasov-Maxwell relativiste avec paramètres rapides.La première partie s’intéresse aux plasmas froids des magnétosphères planétaires. On explique comment obtenir les relations de dispersion dans le cas d’un dipôle magnétique. Cela conduit à l’étude détaillée de certaines variétés algébriques de l’espace cotangent : les cônes et les sphères dits ordinaires et extraordinaires. La description géométrique de ces cônes et de ces sphères donne accès à une classification complète des ondes électromagnétiques susceptibles de se propager. Diverses applications sont proposées, concernant l’équation eikonale et l’absence de propagation en mode parallèle, ou encore concernant la structure des ondes dites en mode siffleur.La seconde partie porte sur la modélisation des plasmas chauds, typiquement ceux qui sont mis en jeu dans les tokamaks. On prouve dans un contexte réaliste que la propagation des ondes électromagnétiques s’effectue au travers d’un tenseur dielectrique. Ce tenseur est obtenu via une analyse fine des résonances cinétiques qui sont issues des interactions entre les particules (Vlasov) et les ondes (Maxwell). Il s’exprime comme une somme infinie d’intégrales singulières, faisant intervenir l’opérateur de Hilbert. Le sens mathématique de la formule donnant accès à ce tenseur est rigoureusement justifié
This thesis describes how electromagnetic waves propagate in magnetized plasmas, when the frequencies are in a range around the electron cyclotron frequency. It focuses on the mathematical analysis of the characteristic varieties which are associated with relativistic Vlasov-Maxwell systems involving fast parameters. The first part is concerned with cold plasmas issued from planetary magnetospheres. We explain how to obtain the dispersion relations in the case where the magnetic field is given by a dipole model. This leads to the detailed study of some algebraic varieties from the cotangent space: the so-called ordinary and extraordinary cones and spheres. The geometrical description of these cones and spheres gives access to a complete classification of the electromagnetic waves which can propagate. Various applications are proposed, concerning the eikonal equation and the absence of purely parallel propagation, or concerning the structure of whistler waves. The second part focuses on the modelling of hot plasmas, typically like those involved in tokamaks. We prove in a realistic context that the propagation of electromagnetic waves is governed by some dielectric tensor. This tensor is obtain via some careful analysis of the kinetic resonances, which are issued from the interactions between the particles (Vlasov) and the waves (Maxwell). It can be expressed as an infinite sum of singular integrals, involving the Hilbert transform. The mathematical meaning of the formula defining this tensor is rigorously justified

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Sladkov, Andrey. "Numerical modeling of magnetic reconnection in laser-induced high energy density plasmas." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS376.

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Abstract:

Cette thèse est une étude numérique de la reconnexion magnétique dans les plasmas sans collision à l’aide d’un code cinétique. On peut étudier le processus de reconnexion magnétique lors d'expérience pour lesquels le plasma est créé par interaction d’un laser de puissance sur une cible solide. Durant cette thèse, nous avons inclus dans le code HECKLE les éléments permettant de rendre ces simulations plus réalistes pour les conditions lasers: les effets du tenseur complet des électrons ainsi que l’expansion super-Alfvénique du plasma. Nous avons ainsi mis en évidence le rôle du tenseur de pression pour réduire l’efficacité de la reconnexion, ainsi que les effets de température du plasma la rendant plus impulsionnelle
This thesis is a numerical study of the magnetic reconnection in collisionless plasmas using a kinetic code. We can study the magnetic reconnection process during experiments for which the plasma is created by interaction of a power laser on a solid target. During this thesis, we included in the HECKLE code the elements allowing to make these simulations more realistic for the laser conditions: the effects of the electron six-component pressure tensor as well as the super-Alfvénic expansion of the plasma. We have thus highlighted the role of the pressure tensor to reduce the efficiency of the reconnection, as well as the plasma temperature effects making it more impulsive

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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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Abstract:

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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Chable, Stéphane. "Modélisation numérique d'un propulseur à plasma stationnaire." Toulouse, ENSAE, 2003. http://www.theses.fr/2003ESAE0007.

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Abstract:

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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Abstract:

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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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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Abstract:

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 plasma
The 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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Nelson, David. "Modélisation des données de base ioniques appliquées à l'étude électrique des réacteurs plasmas de dépollution des gaz d'échappement." Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30097.

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Abstract:

Ces travaux de recherche sont consacrés à la détermination des données de base ioniques dans des gaz et des mélanges de gaz atmosphériques et à la simulation numérique du transport des particules chargées dans les plasmas froids hors équilibre. Concernant les données de base ioniques, il s'agit de déterminer le potentiel d'interaction, les jeux de sections efficaces de collision des processus élastiques et inélastiques et les coefficients de transport (vitesse de dérive, mobilité, coefficients de diffusion et de réaction) spécifiques pour chaque système ion-molécule intervenant dans les gaz d'échappement contenant N2, O2, CO2 et H2O. A partir d'un modèle de potentiel d'interaction (n-4) core développé et adapté pour les systèmes polyatomiques aussi bien polaires que non polaires, les sections efficaces de collision ont été calculées pour les ions positifs et négatifs (N2+, O2+, CO2+, H2O+ et O-) dans leur gaz parent et non parent selon un formalisme semi-classique basé sur l'approximation de JWKB pour le calcul du déphasage. .
These research works are devoted to the determination of ion swarm basic data in gases and atmospheric gas mixtures and to the numerical simulation of charged particles transport in cold non thermal plasmas. With regard to the ion swarm data, it concerns the determination of the interaction potential, the collision cross section sets of both elastic and inelastic processes and the transport coefficients (drift velocity, reduced mobility, diffusion and reaction coefficients) specific for each ion-molecule system in flue gases including N2, O2, CO2 and H2O molecules. .

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Leghtas, Lahoucine. "Modélisation en ondes millimétriques du TEC froid : application aux modulateurs microondes." Lille 1, 2003. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2003/50376-2003-243.pdf.

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Abstract:

Nous présentons dans ce travail, tout d'abord, une modélisation originale du Transistor à Effet de Champ ( TEC) dans son utilisation faible tension et faible puissance dénommée TEC froid. En effet, nous montrerons que les modélisations conventionnelles, actuellement disponibles, sont incapables de représenter correctement le comportement non linéaire de ce composant à des fréquences aussi élevées que 110 GHz. Ensuite, dans une seconde partie, une application particulière du TEC froid sera envisagée. Il sagit de la conception et de la réalisation de modulateurs très rapides. Une réalisation en circuits hybrides en ondes centimétriques a été testée et les performances ont été mesurées. Ceci a permis de montrer la faisabilité d'un tel dispositif et son intérêt pour les applications microondes. Enfin, une conception en circuits intégrés sur Arséniure de Gallium est présentée.

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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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Abstract:

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 modélisations
This 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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Mercado, Cabrera Antonio. "Modélisation de la cinétique chimique d'un plasma en extinction dans un disjoncteur basse tension." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30007.

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Dissertations / Theses on the topic 'Plasmas froids – Modèles mathématiques'

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