Tesi: "Plasmas (gaz ionisés) – Turbulence – Mesure"

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Vermare, Laure. "Mesures de l'activité magnétohydrodynamique et de la micro-turbulence par réflectométrie à balayage". Aix-Marseille 1, 2005. http://www.theses.fr/2005AIX11014.

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Abstract (sommario):

La réflectométrie à balayage est une technique radar communément utilisée pour déterminer le profil radial de la densité électronique dans les plasmas de fusion. Tore Supra est équipé de deux réflectomètres à balayage ultra rapide opérant en polarisation extraordinaire. L'objectif de ce travail était de développer des nouvelles méthodes d'analyse des données brutes de ces réflectomètres de manière à caractériser la turbulence présente dans le plasma. Nous montrons qu'en adoptant des approches différentes il est possible d'une part de mesurer l'activité MHD et d'autre part de caractériser la micro-turbulence. Nous proposons une méthode d'analyse permettant de localiser les surfaces rationnelles où s'est développée une instabilité MHD. La méthode est basée sur la détection de l'îlot magnétique qui est caractérisé par un aplatissement local du profil de densité, et provoque une brutale perturbation de la phase du signal du réflectomètre. De plus, le balayage rapide associé à une acquisition rapide permet de suivre la dynamique des modes MHD associés. La localisation des surfaces q=1, q=2, q=3 et q=3/2 ainsi que la dynamique des îlots (m=1, n=1) et (m=2, n=1) sont présentées. La détermination des fluctuations de phase de l'onde sonde dues à la micro-turbulence est réalisée par une approche statistique où chaque rampe de fréquence constitue un échantillon indépendant de fluctuations de phase. Les transformées de Fourier sur des fenêtres radiales permettent d'obtenir les spectres locaux en fonction du nombre d'onde radial de ces fluctuations. La relation entre le spectre des fluctuations de phase et le spectre des fluctuations de densité n'est pas établi [. . . ]

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Moreau, Philippe. "Développement d'un réflectomètre micro-onde hétérodyne à balayage ultra rapide : étude de l'influence de la turbulence du plasma sur la mesure des profils de densité électronique". Aix-Marseille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX11019.

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Abstract (sommario):

Le diagnostic de reflectometrie permet de determiner le profil de densite electronique d'un plasma de fusion. Le principe de la mesure est base sur la technique radar de calcul du dephasage qu'une onde a accumule lors de sa propagation aller-retour dans le plasma jusqu'a une couche de coupure. Cependant, le plasma est le siege de fluctuations qui perturbent la propagation et la reflexion de l'onde d'une facon encore mal comprise. Nous avons cherche a caracteriser les effets des fluctuations de densite sur le signal detecte pour comprendre les mecanismes qui le perturbent et empechent, de mesurer le dephasage de l'onde. Ce travail comprend deux aspects complementaires. Tout d'abord, nous avons etudie la turbulence responsable des pertes d'information pour comprendre ses mecanismes et ses origines. Nous mettons en evidence le role de la collisionnalite * et du rayonnement du plasma. Il est aussi demontre que le dephasage du faisceau micro-onde est tres sensible aux phenomenes mhd et qu'il parait moins affecte par la micro-turbulence. Le second aspect a ete le developpement et l'exploitation d'un nouveau reflectometre a detection heterodyne. Ce diagnostic opere en mode ordinaire sur la gamme de frequences 26 - 36 ghz. Il offre une meilleure sensibilite que les reflectometres homodynes (60 db au lieu de 30 db) ainsi qu'une plus grande agilite en frequence (balayages en 10 s au lieu de 1 ms). Sa detection permet de separer la phase et l'amplitude du signal, et ainsi d'etudier leur contributions respectives dans les mecanismes de perturbation du signal. Il emet simultanement dans le plasma deux frequences separees de 320 mhz et permet d'etudier separement les signaux reflechis ou de combiner leurs informations pour realiser des mesures par difference de phase. L'exploitation de ce reflectometre a permis de mettre en evidence les points suivants : - la necessite d'avoir une grande dynamique, - la necessite de balayer rapidement la source micro-onde, - l'effet des multi-reflexions dans le plasma, - la tres bonne localisation des mesures.

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Scipioni, Angel. "Contribution à la théorie des ondelettes : application à la turbulence des plasmas de bord de Tokamak et à la mesure dimensionnelle de cibles". Electronic Thesis or Diss., Nancy 1, 2010. http://www.theses.fr/2010NAN10125.

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Abstract (sommario):

La nécessaire représentation en échelle du monde nous amène à expliquer pourquoi la théorie des ondelettes en constitue le formalisme le mieux adapté. Ses performances sont comparées à d'autres outils : la méthode des étendues normalisées (R/S) et la méthode par décomposition empirique modale (EMD).La grande diversité des bases analysantes de la théorie des ondelettes nous conduit à proposer une approche à caractère morphologique de l'analyse. L'exposé est organisé en trois parties.Le premier chapitre est dédié aux éléments constitutifs de la théorie des ondelettes. Un lien surprenant est établi entre la notion de récurrence et l'analyse en échelle (polynômes de Daubechies) via le triangle de Pascal. Une expression analytique générale des coefficients des filtres de Daubechies à partir des racines des polynômes est ensuite proposée.Le deuxième chapitre constitue le premier domaine d'application. Il concerne les plasmas de bord des réacteurs de fusion de type tokamak. Nous exposons comment, pour la première fois sur des signaux expérimentaux, le coefficient de Hurst a pu être mesuré à partir d'un estimateur des moindres carrés à ondelettes. Nous détaillons ensuite, à partir de processus de type mouvement brownien fractionnaire (fBm), la manière dont nous avons établi un modèle (de synthèse) original reproduisant parfaitement la statistique mixte fBm et fGn qui caractérise un plasma de bord. Enfin, nous explicitons les raisons nous ayant amené à constater l'absence de lien existant entre des valeurs élevées du coefficient d'Hurst et de supposées longues corrélations.Le troisième chapitre est relatif au second domaine d'application. Il a été l'occasion de mettre en évidence comment le bien-fondé d'une approche morphologique couplée à une analyse en échelle nous ont permis d'extraire l'information relative à la taille, dans un écho rétrodiffusé d'une cible immergée et insonifiée par une onde ultrasonore
The necessary scale-based representation of the world leads us to explain why the wavelet theory is the best suited formalism. Its performances are compared to other tools: R/S analysis and empirical modal decomposition method (EMD). The great diversity of analyzing bases of wavelet theory leads us to propose a morphological approach of the analysis. The study is organized into three parts. The first chapter is dedicated to the constituent elements of wavelet theory. Then we will show the surprising link existing between recurrence concept and scale analysis (Daubechies polynomials) by using Pascal's triangle. A general analytical expression of Daubechies' filter coefficients is then proposed from the polynomial roots. The second chapter is the first application domain. It involves edge plasmas of tokamak fusion reactors. We will describe how, for the first time on experimental signals, the Hurst coefficient has been measured by a wavelet-based estimator. We will detail from fbm-like processes (fractional Brownian motion), how we have established an original model perfectly reproducing fBm and fGn joint statistics that characterizes magnetized plasmas. Finally, we will point out the reasons that show the lack of link between high values of the Hurst coefficient and possible long correlations. The third chapter is dedicated to the second application domain which is relative to the backscattered echo analysis of an immersed target insonified by an ultrasonic plane wave. We will explain how a morphological approach associated to a scale analysis can extract the diameter information

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Scipioni, Angel. "Contribution à la théorie des ondelettes : application à la turbulence des plasmas de bord de Tokamak et à la mesure dimensionnelle de cibles". Thesis, Nancy 1, 2010. http://www.theses.fr/2010NAN10125.

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Abstract (sommario):

La nécessaire représentation en échelle du monde nous amène à expliquer pourquoi la théorie des ondelettes en constitue le formalisme le mieux adapté. Ses performances sont comparées à d'autres outils : la méthode des étendues normalisées (R/S) et la méthode par décomposition empirique modale (EMD).La grande diversité des bases analysantes de la théorie des ondelettes nous conduit à proposer une approche à caractère morphologique de l'analyse. L'exposé est organisé en trois parties.Le premier chapitre est dédié aux éléments constitutifs de la théorie des ondelettes. Un lien surprenant est établi entre la notion de récurrence et l'analyse en échelle (polynômes de Daubechies) via le triangle de Pascal. Une expression analytique générale des coefficients des filtres de Daubechies à partir des racines des polynômes est ensuite proposée.Le deuxième chapitre constitue le premier domaine d'application. Il concerne les plasmas de bord des réacteurs de fusion de type tokamak. Nous exposons comment, pour la première fois sur des signaux expérimentaux, le coefficient de Hurst a pu être mesuré à partir d'un estimateur des moindres carrés à ondelettes. Nous détaillons ensuite, à partir de processus de type mouvement brownien fractionnaire (fBm), la manière dont nous avons établi un modèle (de synthèse) original reproduisant parfaitement la statistique mixte fBm et fGn qui caractérise un plasma de bord. Enfin, nous explicitons les raisons nous ayant amené à constater l'absence de lien existant entre des valeurs élevées du coefficient d'Hurst et de supposées longues corrélations.Le troisième chapitre est relatif au second domaine d'application. Il a été l'occasion de mettre en évidence comment le bien-fondé d'une approche morphologique couplée à une analyse en échelle nous ont permis d'extraire l'information relative à la taille, dans un écho rétrodiffusé d'une cible immergée et insonifiée par une onde ultrasonore
The necessary scale-based representation of the world leads us to explain why the wavelet theory is the best suited formalism. Its performances are compared to other tools: R/S analysis and empirical modal decomposition method (EMD). The great diversity of analyzing bases of wavelet theory leads us to propose a morphological approach of the analysis. The study is organized into three parts. The first chapter is dedicated to the constituent elements of wavelet theory. Then we will show the surprising link existing between recurrence concept and scale analysis (Daubechies polynomials) by using Pascal's triangle. A general analytical expression of Daubechies' filter coefficients is then proposed from the polynomial roots. The second chapter is the first application domain. It involves edge plasmas of tokamak fusion reactors. We will describe how, for the first time on experimental signals, the Hurst coefficient has been measured by a wavelet-based estimator. We will detail from fbm-like processes (fractional Brownian motion), how we have established an original model perfectly reproducing fBm and fGn joint statistics that characterizes magnetized plasmas. Finally, we will point out the reasons that show the lack of link between high values of the Hurst coefficient and possible long correlations. The third chapter is dedicated to the second application domain which is relative to the backscattered echo analysis of an immersed target insonified by an ultrasonic plane wave. We will explain how a morphological approach associated to a scale analysis can extract the diameter information

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De, Dominici Gregory. "Understand and predict the power threshold leading to reduced turbulent transport at the edge of tokamak plasma". Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0320.

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Abstract (sommario):

Les effets diamagnétiques ont longtemps été pris en compte car ils sont à l'origine d'une instabilité clef dans les plasmas de bord, les ondes de dérives. En incluant ces effets, on permet la compétition entre lesdites ondes de dérives et l'instabilité d'interchange (présente de manière native dans le code) due à la courbure du champ magnétique. Cette compétition est étudiée dans ce travail au travers de simulations à gradient fixe. Ces effets sont stabilisants aux résistivités proches de l'expérience. Les effets des fluctuations magnétiques sont d'autant plus déstabilisantes que la résistivité est basse. En revanche, les temps caractéristiques de la turbulence sont très fortement réduit par la prise en compte de ces fluctuations. Il devient donc plus difficile en régime électromagnétique de déchirer les vortex turbulents comparé à un cas électrostatique, et donc il en résulte une augmentation du seuil en puissance dans les simulations electromagnétiques. On montre enfin que plus la masse de l'isotope est élevée, au plus les phénomènes turbulents sont faibles. Nous présentons l'auto-génération de barrière de transport en régime électromagnétiques delà d'un seuil en puissance, avec une dynamique semblable aux transition L-H, par le biais de simulations à flux fixe. Nous montrons qu’une puissance plus élevée en régime électromagnétique qu'en électrostatique est nécessaire pour déchirer les vortex, soit que le temps de cisaillement soit inférieur aux temps caractéristiques de la turbulence. Ensuite, l'isotope a été changé, le seuil en puissance de la transition L-H a diminué via une stabilisation de la turbulence liée à une masse d'isotope plus grande
A model based on a model which natively contained turbulence and turbulence driven flow. It has been improved to include the diamagnetic effects, the magnetic fluctuations, and in this work, we study the parametric dependencies of the observed L-H transition power threshold with respect to the ion mass. By including the diamagnetic effects in our model, we allow the competition between the drift waves and the interchange instabilities. This competition is here studied using fixed gradient simulation. We show in this work that the diamagnetic effects are stabilizing for a resistivity close to experimental conditions. Electromagnetic effects lead to more unstable modes at realistic resistivities. Moreover, a quasilinear estimation of the turbulent flux is able to qualitatively grasp the competition between the drift waves and the interchange and the behaviour of the nonlinear electrostatic turbulent flux with resistivity and plasma beta. Another parametric dependency of the turbulence is studied, by changing the mass of the isotope. This is known as the isotope effect. We show here that the turbulence is reduced when the ion mass is increased. Finally, the characteristic times of the turbulence are studied.Magnetic fluctuations have a dramatic effect on correlation times of the turbulence, by drastically reducing them. Accounting for these results, we present in this work the auto-generation of a transport barrier with electromagnetic simulations of edge turbulence, when the heat power is higher than a threshold, using flux-driven simulations. We have then changed the isotope, and correspondingly to experiments, the power threshold is lower for higher isotope mass

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Fleurence, Emmanuel. "Descriptions fluide et cinétique d'une turbulence d'interchange dans un plasma magnétisé". Nancy 1, 2005. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2005_0141_FLEURENCE.pdf.

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Abstract (sommario):

Les propriétés linéaires et non-linéaires des descriptions fluide et cinétique d'une instabilité d'échange sont comparées. Le cadre général est la prédiction du transport turbulent dans les tokamaks. Le modèle cinétique étudié est à deux dimensions en espace et une en énergie. Le système fluide retenu décrit la dynamique de la densité et de la pression. La fermeture considérée, qui porte sur le flux de chaleur, est collisionnelle. Nous montrons que les équations fluides sont analogues à deux équations de type Vlasov pour deux fonctions de distribution monocinétiques. Le même code numérique est alors utilisé en régime non-linéaire pour le cinétique et le fluide. Pour des caractéristiques linéaires comparables, le niveau de transport de chaleur fluide excède de plusieurs ordres de grandeur le cinétique. Les écoulements zonaux ne permettent pas d'expliquer toutes ces différences. De fait, la fonction de distribution s'écarte notablement d'une maxwellienne, rendant caduque la fermeture adoptée. Une fermeture alternative est proposée : non-collisionnelle, elle repose sur la comparaison des taux quasi-linéaires de production d'entropie. Les contraintes permettent d'ajuster les propriétés linéaires cinétique et fluide
The kinetic and fluid descriptions of the interchange instability are compared in the linear and non-linear regimes. The prediction of the turbulent transport in tokamaks is the general framework. The kinetic model is two dimensional in space, and one dimensional in energy. The fluid analogue retains the dynamics of both density and pressure. The closure, which acts on the heat flux, is collisional. The fluid system is shown to be equivalent to two Vlasov-type equations for two distinct monokinetic distribution functions. This allows one to use the same numerical tool to run non-linear simulations in kinetic and fluid. For similar linear characteristics, the level of heat turbulent transport is larger in fluid than in kinetics, by orders of magnitudes. Zonal flows do not explain the whole discrepancy. As a matter of fact, the distribution function departs significantly from a maxwellian, so that the adopted closure is failing. An alternative collisionless closure is proposed. It aims at fitting the quasi-linear entropy production rates. In this case, the kinetic and fluid linear properties can be made similar

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Futatani, Shimpei. "Etude du transport turbulent des impuretés dans les plasmas de tokamak". Aix-Marseille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX11056.

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Abstract (sommario):

L'objectif de cette thèse est de comprendre la dynamique du transport turbulent des impuretés dans les plasmas de fusion magnétique. Il s'appuie sur l'influence du champ turbulent qui induit un transport anormal. En outre, ce travail apporte des résultats nouveaux dans l'étude du transport d'impuretés en présence de deux instabilités différentes: l’instabilité liée au gradient de température ionique (ITG) et l'instabilité associée aux électrons piégés (TEM). Il est montré qu'en présence d'une barrière de transport interne (ITB) créée par une configuration de cisaillement magnétique inversé, on peut obtenir un renversement de la vitesse de pincement des impuretés. Ces dernières peuvent alors changer de direction de l'intérieur vers l'extérieur du plasma. Ce scénario est favorable à l'expulsion des impuretés de la région centrale, ce qui permet une décontamination du plasma de coeur. Le mécanisme de renversement du pincement de vitesse est attribué à un changement de direction du pincement de courbure et à une modification de l'instabilité sous-jacente dominante. Cette dernière est causée par un changement du gradient de la température ionique qui est une conséquence de la formation de l'ITB
The aim of this thesis is to understand impurity transport dynamics in the magnetically confined fusion plasmas. This includes the influence of the turbulent field which induces an anomalous transport in the plasma. Furthermore, this work demonstrates remarkable aspects for impurity transport in two different instabilities: ``ion temperature gradient (ITG) and trapped electron mode (TEM)''. It is shown that in presence of an internal transport barrier (ITB) created by a reversed magnetic shear configuration, one can obtain the reversal of impurity pinch velocity which can change from inward direction to outward direction. This scenario is favourable for expelling impurities from the central region and decontaminating the core plasma. The mechanism of pinch reversal is attributed to a change of direction of the curvature pinch and to a modification of the dominant underlying instability caused by a change of the gradient of the ion temperature which is a consequence of the ITB formation

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Zekri, Stéphane. "Approche hamiltonienne de la turbulence faible de Langmuir". Aix-Marseille 1, 1993. http://www.theses.fr/1993AIX11022.

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Abstract (sommario):

Une approche hamiltonienne a nombre fini de degres de liberte fournit une description mecanicienne, intuitive et techniquement simple du couplage autocoherent entre particules resonnantes et ondes de langmuir dans un plasma unidimensionnel. Ainsi, un calcul perturbatif autour d'une situation sans champ electrique montre que pour une realisation du plasma, l'instabilite landau est un mode propre du systeme et qu'elle est liee a un phenomene de synchronisation des particules faiblement resonnantes (non piegees) avec les ondes de langmuir. Ce calcul revele aussi l'existence des modes faisceaux, qui correspondent dans la limite continue aux modes de van kampen, et de modes balistiques. En revanche, l'amortissement landau n'est pas associe a un mode propre amorti et il apparait comme une propriete statistique consequence du melange des phases des modes de van kampen. Du fait qu'elle respecte la nature granulaire des particules resonnantes, cette approche permet de joindre de facon naturelle les contributions de l'emission spontanee a celles donnant l'effet landau. Un calcul perturbatif par rapport au couplage champ-particules, et une moyenne sur un ensemble de plasmas, retrouvent les equations quasi lineaires pour les ondes et les particules, modifiees par le terme d'emission spontanee. Il est egalement montre que l'amortissement landau est lie au phenomene de synchronisation et que c'est un effet non lineaire (comme dans un vrai plasma) en ce sens il n'existe pas en dessous d'un niveau d'equilibre de l'intensite des ondes, correspondant au niveau thermique dans un plasma maxwellien

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Brun, Cédric. "Propriétés statistiques des modes de Fourier en turbulence dévéloppée". Nice, 2001. http://www.theses.fr/2001NICE5597.

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Abstract (sommario):

Le cadre général de cette thèse est l'intermittence en turbulence développée. Dans une première partie, nous nous intéressons aux propriétés statistiques des modes de Fourier d'un écoulement turbulent. Ces quantités sont fréquemment évoquées pour décrire la turbulence. Des études expérimentales récentes ont montré que les modes de Fourier du champ de vorticité et de température étaient faiblement intermittents dans la zone inertielle. Nous confirmons ces résultats par des mesures effectuées dans des simulations numériques directes. Notre travail propose une explication des effets observes ainsi que des remarques plus générales. La seconde partie de ce travail est consacrée a l'intermittence d'un scalaire passif. Nous utilisons une approche basée sur les équations d'évolution a travers les échelles des distributions de probabilité des incréments du scalaire passif. Ces équations sont obtenues a partir des équations fondamentales, sous différentes hypothèses d'isotropie ; le problème de fermeture se ramène a la détermination de moyennes conditionnées. Nous effectuons une étude par simulations numériques directes pour fournir les données nécessaires a la validation de cette approche. Ce travail met en évidence l'influence des grandes échelles sur les propriétés statistiques du mélange aux échelles inertielles
This thesis deals with the intermittency in fully developed turbulence. In a first part, we study the statistical properties of Fourier modes in a turbulent flow. These quantities are often evoked to describe turbulence. Recent experimental studies demonstrated that the Fourier modes of vorticity and temperature are only weakly intermittent in the inertial range of scales. We confirm these results by measurements done in direct numerical simulations. Our work proposes an explanation of the observed effects and some more general remarks. The second part of this work is devoted to the intermittency of a passive scalar. We use an approach based on the evolution equations through scales of the density probability function of the passive scalar increments. These equations are derived from first principles, under different hypothesis of isotropy ; the closure problem is reduced to the determination of some conditional averages. We carry out a study by means of direct numerical simulations in order to provide the data needed to validate this approach. This work demonstrates the influence of the large scales in the inertial statistical properties of the mixing

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Tretinnikov, Pavel. "New developments on the interpretative model of ITER diagnostics using microwaves". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0027.

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Abstract (sommario):

La turbulence dans le plasma de fusion thermonucléaire peut entraîner une augmentation du coefficient de transport de l’énergie et des particules détériorant ainsi le confinement du plasma. C’est pourquoi les mesures de la turbulence du plasma sont importantes pour la description des processus de transport du plasma. Le diagnostic plasma micro-ondes est un type efficace de diagnostic plasma actif pour caractériser la turbulence. Leurs principes reposent sur la collecte d’informations intégrées dans le volume de plasma sondé, et contenu dans les ondes réfléchies ou diffusées atteignant le détecteur. Pour extraire les propriétés de turbulence, des modèles interprétatifs sont nécessaires. La réflectométrie de corrélation radiale (RCR) et la réflectométrie Doppler sont des techniques largement utilisées qui fournissent des informations sur les caractéristiques de la turbulence du plasma. La diffusion Thomson collective (CTS) est un diagnostic micro-ondes intéressant qui peut donner des informations sur des paramètres plasma tels que la température des ions en vrac, la composition des ions en vrac, la distribution de vitesse des particules rapides (particules alpha ou ions d’un faisceau chauffant). La connaissance de la distribution de la vitesse des particules alpha est particulièrement recherchée et importante pour évaluer les performances d’ITER où l’amplification énergétique de la puissance de chauffage du plasma Q devrait atteindre la valeur d’environ 10. L’analyse des données réelles des diagnostics micro-ondes, ou les interprétations d’une mesure signal suppose un faisceau de sondage gaussien lisse. Il a été démontré que les faisceaux de micro-ondes peuvent être considérablement déformés en raison de la turbulence du plasma de bord. Ceci peut conduire à des interprétations trompeuses du signal de diagnostic, basées sur les micro-ondes. En conséquence les modèles interprétatifs des diagnostics doivent être analysés en tenant compte de la distorsion du faisceau de sondage. L’amélioration des modèles interprétatifs de diagnostic hyperfréquence est l’objet principal des études présentées dans cette thèse
The turbulence in thermonuclear fusion plasma can lead to increase of the plasma transport coefficient that enhances the particles and energy losses therefore deteriorates the plasma confinement. That is why measurements of the plasma turbulence is important for description of the plasma transport processes. Microwave plasma diagnostics is an efficient kind of the active plasma diagnostics to characterize the turbulence. Their principles are based on the collection of information integrated over the probed plasma volume, and printed on the reflected or scattered waves reaching the detector, for which interpretative models are required to extract the turbulence properties. The radial correlation reflectometry (RCR) and the Doppler reflectometry are widely used technics that provide information on plasma turbulence characteristics. The Collective Thomson Scattering (CTS) is a valuable microwave diagnostic that can give the information about such plasma parameters as the bulk ion temperature, bulk ion composition, the fast particles (alpha particles or ions of a heating beam) velocity distribution. The knowledge of the alpha particle velocity distribution is especially interesting and important to evaluate the ITER performance where the energy amplification of plasma heating power Q is expected to achieve the value about 10. The actual data analysis of the microwave diagnostics, or interpretations of a measured signal is fulfilled assuming a smooth Gaussian probing beam. It was demonstrated that the microwave beams can be significantly distorted due to the edge plasma turbulence, that may lead to misleading interpretations of the diagnostic signal, based on the microwaves, so the diagnostics interpretative models should be analyzed taken into account to the probing beam distortion. The improvement of the microwave diagnostics interpretative models is the main object of the study presented in this thesis.The aim of this PhD work is to include these missing effects in an interpretative model for CTS using X-mode probing beam

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Marino, Raffaele. "Scaling laws in solar wind turbulence". Nice, 2009. http://www.theses.fr/2009NICE4104.

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Abstract (sommario):

Dans ma thèse de doctorat, je dérive la loi de Yaglom pour la magnétohydrodynamique, une relation de proportionnalité entre le moment mixte d’ordre 3 des incréments longitudinaux des variables d’Elsässer et l’échelle de ces incréments. En utilisant des mesures de la sonde spatiale Ulysses, j’ai montré pour la première fois la validité de cette relation, démontrant ainsi l’existence d’une cascade turbulente d’énergie et la nature turbulente des fluctuations de vitesse et champ magnétique dans les plasmas magnétisés. La relation de Yaglom pour la MHD permet aussi la première estimation directe des taux de transfert de pseudo-énergies turbulentes dans le vent solaire, et je l’ai utilisée pour montrer que la dissipation en fin de cascade turbulente MHD peut contribuer de 8% à 15% du taux de chauffage du vent solaire dans le cas incompressible, et jusqu’à 100% dans certains cas. Une analyse du vent solaire dans l’écliptique mesuré par Ulysses montre que le vent rapide a les mêmes propriétés sur l’écliptique et aux pôles, alors que le vent lent présente un taux de transfert bien plus élevé. J’ai également étudié le rôle des fluctuations de densité en turbulence MHD dans le vent solaire et j’ai montré qu’une relation phénoménologique similaire à la loi de Yaglom est vérifiée, ce qui implique que les fluctuations de densité ont un effet important et peuvent amplifier le taux de transfert d’énergie vers les petites échelles, ce qui permet un chauffage turbulent plus important et un refroidissement plus lent du vent solaire au cours de son expansion dans l’espace interplanétaire
In my PhD thesis I re-derive the Yaglom law for the MHD, a proportionality relation between the mixed third-order moment of the longitudinal increments of the Elsässer fields and the increment scale. Using Ulysses spacecraft measurements, I evidenced for the first time the existence of this relation in the polar solar wind, proving the presence of a local energy cascade and the turbulent character of the field fluctuations in Alfvénic plasmas. The observation of the Yaglom law for MHD also permits the first direct estimation of pseudo-energy dissipation rates in solar wind turbulence. In the thesis I also explored the possibility that the dissipation of energy occurring at the end of a turbulent MHD cascade can be responsible for the solar wind heating. I found that incompressible turbulent cascade can contribute to the solar wind in situ heating from 8 % to 50 % on average, and up to 100 % in some cases. Analysis of the ecliptic wind measured by Ulysses show that while the fast ecliptic streams have similar properties as the polar fast wind, the slow streams show an highly enhanced energy transport. I also study the role of large scale solar wind density fluctuations in MHD turbulence and showed that a phenomenological compressible Yaglom-like relation is verified within the solar wind, indicating that compressible effects are an important ingredient of the turbulent cascade and permit the transfer of a considerably larger amount of energy toward the small scales, where it can be dissipated to heat the plasma and slow down the radial cooling of the wind as observed in interplanetary space

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Garbet, Xavier. "Turbulence et transport anormal dans les plasmas de Tokamak". Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37613789t.

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Dubuit, Nicolas. "Transport turbulent d'impuretés dans un plasma magnétisé". Nancy 1, 2006. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2006_0253_DUBUIT.pdf.

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Abstract (sommario):

Le transport turbulent d'impuretés est une question essentielle pour le développement de la fusion par confinement magnétique. En effet, une accumulation d'impuretés au coeur du plasma induit des pertes d'énergies par radiation. Il est par contre prévu d'injecter des impuretés au bord pour extraire la chaleur par rayonnement. Ceci impose le contrôle et donc la compréhension du transport d'impuretés. Les formules du flux turbulent d'impuretés pour un spectre donné de fluctuations ont été dérivées. Pour ce faire, une théorie quasi-linéaire a été appliquée à une turbulence d'ondes de dérive. L'origine et les caractéristiques des principaux mécanismes d'accumulation, ou pincement, d'impuretés ont été identifiés. Une nouvelle version du code de turbulence fluide TRB a été développée. Cette nouvelle version permet de simuler le transport d'impuretés en présence d'une turbulence d'ondes de dérive électroniques et ioniques. Des simulations à flux nul, correspondant à un plasma en état stationnaire dont la source d'impureté est limitée au bord, ont confirmé la présence d'un pincement turbulent d'impuretés. Les prédictions de la théorie quasi-linéaire ont été vérifiées numériquement, et l'importance des mécanismes de pincement a été étudiée. En particulier le rôle dominant du pincement de courbure a été mis en évidence. Enfin, les simulations ont été comparées à des mesures effectuées lors d'expériences sur les tokamaks Tore Supra et JET. L'existence d'un pincement turbulent d'impuretés a été ainsi confirmée, de même que l'indépendence du transport en fonction de la charge de l'impureté
The turbulent impurity transport is an essential issue for the achievement of magnetically confined fusion. Indeed, a build-up of impurities in the plasma core induces radiation energy losses. On the other hand, it is foreseen to inject impurities at the plasma edge in order to extract heat by radiation. These conditions impose control and therefore understanding of impurity transport. An analytical expression for the turbulent flux of impurities for a given turbulent spectrum have been derived using a quasilinear theory applied to a drift-wave turbulence. The nature and characteristics of the main accumulation (or pinch) mechanisms for impurities have been identified. A new version of the fluid turbulence code TRB has been developed. This version allows simulating the transport of impurities in electronic and ionic drift-wave turbulence. Zero-flux simulations, corresponding to a stationnary plasma whose impurity source is limited to the plasma edge, confirmed the presence of an impurity pinch. Quasilinear predictions have been numerically confirmed, and the relative importance of the various pinch mechanisms has been studied. The dominant role of curvature pinch has been shown. Finally, simulations have been compared to experimental measurements made on JET and Tore Supra tokamaks. The presence of a turbulent pinch of impurities has been confirmed, as well as the independence of transport on impurity charge

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Guiziou, Laurent. "Etude du transport de l'énergie sur le tokamak TORE SUPRA". Aix-Marseille 1, 1995. http://www.theses.fr/1995AIX11053.

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Abstract (sommario):

L'obtention de l'auto entretien des reactions de fusion requiert un bon confinement de l'energie et donc la maitrise du transport de la chaleur de l'interieur vers l'exterieur des dispositifs de fusion. L'etude du transport de l'energie est un sujet tout a fait central, objet d'une vive attention de la part des scientifiques experimentateurs et theoriciens. Ce travail de these s'est applique a caracteriser les performances du tokamak tore supra vis a vis des lois d'echelles et des modeles de transport les plus classiques, puis a rechercher les grandeurs importantes pour la variation du flux de chaleur et l'existence de regimes a confinement ameliore. La these est divisee en cinq chapitres. Les deux premiers constituent le contexte historique et theorique du transport de la chaleur. Le troisieme est le developpement d'un modele theorique. Enfin, les deux derniers constituent la partie experimentale, ou sont analyses et interpretes les resultats experimentaux obtenus sur le tokamak tore supra

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Sandoz, Caroline. "Structures turbulentes de petites échelles dans le problème à N corps : application aux plamas unidimensionnels et aux rotateurs couplés". Aix-Marseille 1, 1995. http://www.theses.fr/1995AIX11078.

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Dif-Pradalier, Guilhem. "First-principle description of collisional gyrokinetic turbulence in tokamak plasmas". Aix-Marseille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX11048.

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Abstract (sommario):

En tant que milieu rarefie, un plasma de tokamak est affecte de maniere fondamentale par des effets resonants entre ondes et particules, par des phenomenes de piegeage locaux, des phenomenes d'orbite finie et est intrinsequement un milieu faiblement collisionnel. Pour toutes ces raisons, toute description auto-coherente de la reponse du plasma devra se faire dans le cadre de la theorie cinetique, avec inclusions des collisions coulombiennes. Grace aux developpements de la simulation numerique, est apparue la possibilite de calculer la turbulence dans les plasmas directement a partir des equations fondamentales. Mais la difficulte est considerable : les echelles de temps du systeme varient de la nanoseconde a plusieurs secondes ; les echelles d'espace vont de quelques micrometres a plusieurs metres, et sont differentes pour les deux especes (ions et electrons). En outre, le plasma presente une tres forte anisotropie, c'est-a-dire que ses proprietes varient en fonction de la direction consideree. Cette anisotropie est due a la presence du champ magnetique qui est le siege de nombreux phenomenes non lineaires. De plus, bien que les collisions coulombiennes conduisent en general a des niveaux de transport bien moindres que ceux generes par la turbulence, il n'est pas raisonnable de conclure que ces interactions binaires doivent etre negligees
As a hot rarefied medium, a tokamak plasma is crucially affected by wave–particle resonances, trapping phenomena, orbit effects and is intrinsically low collisional. As such, any fully self-consisent description of its response is therefore kinetic, and includes collisions. Though they lead to usually smaller transport than the one generated by the turbulence, one may not conclude on collisions being negligible. The discovery of high-confinement regimes –which seem universal and reproducible features of fusion devices and as such are the foreseen operating scenari for iter– has led to a renewed interest in collisional theories. These regimes are indeed characterised by a local strong reduction of the turbulent activity; in that case, the transport processes may get very close to being collisional. Binary interactions are also important features for a kinetic theory since they alone may provide a correct description of equilibrium ﬂows. Such large-scale sheared ﬂows are of special relevance for the saturation mechanisms of the turbulence, potentially leading to high-conﬁnement regimes. At last, there seems to exist a non trivial interaction between collisions and turbulence in tokamak-relevant operating regimes. Through these processes, collisions might indirectly have a strong inﬂuence on the actual level of transport; elucidating this interplay is a subject of great current focus for first-principle modeling

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Girardo, Jean-Baptiste. "Control of instabilities and turbulence by fast particles in fusion plasmas". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. http://www.theses.fr/2015EPXX0121.

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Salazar, Luigui. "Data-driven discovery approach to tackle turbulence in fusion plasmas". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0327.

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Abstract (sommario):

L'un des moyens de parvenir à la fusion sur Terre est le confinement magnétique toroïdal, dont les principaux dispositifs sont les tokamaks et les stellarators. L'un des principaux paramètres limitants est la turbulence, qui résulte d'un mélange d'instabilités à différentes échelles temporelles et spatiales. L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension du transport turbulent, qui est l'interaction de cette turbulence avec les propriétés du plasma, dans les plasmas magnétiquement confinés, en se concentrant sur la caractérisation des fluctuations de densité et de leur dynamique à l'aide de la réflectométrie. À partir du spectre du signal fourni par la réflectométrie, chaque composante spectrale a été extraite à l'aide d'un algorithme développé dans cette thèse. Il effectue cette décomposition spectrale (composante LF, composante BB, modes QC et bruit) de manière intelligente (sans contraintes ad hoc), en préservant ses informations statistiques et physiques. Une attention particulière a été accordée à une composante spectrale, les modes QC, en raison de son lien avec TEM, une instabilité agissant dans le transport turbulent. Grâce à l'algorithme, les propriétés et la dynamique des modes QC ont été étudiées, permettant une étude statistique et une analyse détaillée de l'interaction avec d'autres composantes spectrales dans différentes configurations magnétiques : ToreSupra (limiteur), WEST (divertor) et W7X (island divertor). Ce travail est qualifié d'exploratoire car il n'existait pas de méthodes permettant d'accéder aux propriétés et à la dynamique de ces modes QC. Les études statistiques réalisées avec les bases de données ToreSupra et WEST ont fourni une carte de probabilité de l'occurrence des modes QC dans le régime de confinement ohmique, confirmant leur lien avec le TEM, mais aussi 2 classes supplémentaires, l'une à faible courant et l'autre à fort courant, ont été trouvées. La composante BB a également été analysée, car elle est liée à la microturbulence. Puisque l'amplitude spectrale de la composante BB est trouvée avec l'AGG, principalement μ et β, qui correspondent à l'assymétrie et à la forme du spectre, montrent une variation au cours de la transition. D'autre part, l'analyse de la dynamique des modes QC au moyen d'un algorithme développé dans cette thèse a montré une interaction récurrente entre les modes QC et les modes de la composante BF. Enfin, afin de mieux discriminer les modes QC, le concept d'entropie de transfert est utilisé pour analyser la causalité dans cette interaction. Certains cas montrent l'interaction entre la composante LF correspondant à l'instabilité sawtooth et les modes QC. Cette analyse de la dynamique et de la causalité est ensuite appliquée à ToreSupra, WEST et W7X, où l'on observe une dynamique similaire pour les signaux à causalité bidirectionnelle, c'est-à-dire non seulement de la composante LF vers les modes QC, mais aussi des modes QC vers la composante BB. En outre, l'ECRH est également examiné pour la base de données TS, qui montre une diminution de la probabilité des modes QC à mesure que le PECRH augmente. Comme ces modes QC apparaissent dans différentes configurations magnétiques, l'objectif ultime est de découvrir si tous ces modes QC sont produits par le même mécanisme, car on pense qu'il doit y avoir un mécanisme universel sous-jacent à la physique dans les plasmas de fusion, sujet qui est encore à l'étude
One way to achieve fusion on Earth is through toroidal magnetic confinement, in which the main devices are tokamaks and stellarators. One of the main limiting phenomena is turbulence. This is the result of a mixture of instabilities on different temporal and spatial scales. The aim of this thesis was to contribute to the understanding of turbulent transport, which is the interaction of this turbulence with the plasma properties, in magnetically confined plasmas, focusing on the characterisation of density fluctuations and their dynamics using reflectometry. From the signal spectrum provided by reflectometry, each spectral component was extracted using an algorithm developed in this thesis. It performs this spectral decomposition(Low frequency component, Broadband component, QC modes and noise) in an intelligent way (without ad hoc constraints), preserving its statistical and physical information. Particular attention has been paid to a spectral component, the so-called QC modes because of its link with TEM, an instability acting in turbulent transport. Thanks to the algorithm, the properties and dynamics of the QC modes have been studied, allowing a statistical study and a detailed analysis of the interaction with other spectral components in different magnetic configurations: ToreSupra(limiter), WEST(divertor) and W7X(island divertor). This work is qualified as exploratory because there were no methods to access these QC mode properties and dynamicsThe statistical studies carried out with the ToreSupra and WEST database provided a probability map of the occurrence of the QC modes in the ohmic confinement regime, confirming their link with the TEM,but also 2 more classes, one at low current and another at high current were found. The broadband component was also analysed as it is believed to be related to the microturbulence. Since the spectral amplitude of the BB component is found with the AGG, mainly μ and β, which correspond to the assymetry and shape of the spectrum, show a variation during the transition. On the other hand, the analysis of the dynamics of the QC modes by means of an algorithm developed in this thesis showed a recurrent interaction between the QC modes and the modes in the LF component. Finally, in order to better discriminate the QC modes, the concept of transfer entropy is used to analyse the causality in this interaction. Some cases shows the interaction between the LF component corresponding to the sawtooth instability and the QC modes. All this analysis of dynamics and also causality is then applied to ToreSupra, WEST and W7X, where there is a similar dynamic for signals with bi-directional causality, i.e. not only from the LF component to the QC modes, but also from the QC modes to the BB component. In addition, the ECRH is also examined for the TS database, which shows a decrease in the probability of QC modes as the PECRH increases. Since these QC modes appear in different magnetic configurations, the ultimate objective is to discover if all these QC modes are produced by the same mechanism, since it is believed that there must be a universal mechanism underlying the physics in fusion plasmas, this is still under investigation

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Mazzi, Samuele. "Impact of fast ions on microturbulence in fusion plasmas". Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2021. http://www.theses.fr/2021AIXM0470.

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Abstract (sommario):

L'exploitation des plasmas de fusion magnétiquement confinés en tant que source d'énergie durable et propre est limitée par le transport turbulent radial vers l'extérieur. Ce transport est principalement induit par les micro-instabilités. Les future réacteurs seront principalement chauffés par les particules alpha produites par les réactions de fusion nucléaire. Les particules alpha doivent être bien confinées afin de transférer leur énergie aux ions thermiques. Cependant, on a aujourd'hui très peu de connaissances sur l'interaction entre les particules alpha et la microturbulence. Ainsi, des régimes de turbulence et de transport inattendus peuvent avoir des effets néfastes sur les performances des futurs réacteurs chauffés par les particules alpha. L'étude d'un scénario de tokamak qui peut imiter les conditions expérimentales attendues dans les futurs réacteurs est donc cruciale. Des études numériques sur l'impact des ions rapides hautement énergétiques, imitant la dynamique des particules alpha, sur le transport turbulent provoqué par le gradient de température des ions et les instabilités du mode des électrons piégés ont été réalisées. Il est démontré qu'une suppression du transport turbulent à l'échelle ionique peut être obtenue en présence de tels ions hautement énergétiques. Les modes d'Alfvén (AEs), déstabilisés par les ions hautement énergétiques à travers une interaction onde-particule, jouent un rôle essentiel dans le mécanisme multi-échelle menant à la suppression de la turbulence. Des analyses approfondies soulignent en outre la possibilité de reconnaître les caractéristiques de la réduction du transport à l'échelle des ions
The exploitation of magnetically confined fusion plasmas as a sustainable and clean energy source is limited by the radially outward turbulent transport. Such transport is mainly induced by microinstabilities. Next-generation fusion devices will be mainly heated by the alpha particles born from the nuclear fusion reactions. Alpha particles must be well confined in order to transfer their energy to the bulk ions. However, very little knowledge is available regarding the interaction between alpha particles and microturbulence. Thus, unexpected turbulence and transport regimes may lead to further detrimental effects on the performance of future alpha-heated devices. The study of a tokamak scenario which can mimic the experimental conditions expected in future devices is hence crucial. Numerical investigations on the impact of highly energetic fast ions, mimicking the alpha particle dynamics, on the turbulent transport driven by Ion Temperature Gradient and Trapped Electron Mode instabilities have been carried out in a validated framework. It is shown that a suppression of the ion-scale turbulent transport may be achieved in the presence of such highly energetic ions. Alfvén Eigenmodes (AEs), destabilized by the highly energetic ions through a wave-particle interaction, play an essential role in the multi-scale mechanism leading to the turbulence suppression. Deep analyses further highlight the possibility to recognize hallmarks of the ion-scale transport reduction, regardless the dominant turbulent regime

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Chôné, Laurent. "Turbulence, flows and transport barriers at the tokamak plasma edge". Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4701.

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Abstract (sommario):

Cette thèse porte sur l'interaction entre turbulence et écoulement au bord du plasma de tokamak, et leur influence sur le confinement. La turbulence est la principale contribution au transport dans les machines de fusion magnétique, et un facteur limitant leur performance. Elle peut être stabilisée par les écoulements dans le plasma, via la décorrélation des cellules de convection par le cisaillement, et des couplages non-linéaires. La réduction localisée du transport turbulent par un écoulement cisaillé (barrière de transport) est souvent observée dans les expériences, et des régimes à confinement amélioré tels que le mode à Haut confinement sont obtenus sur de nombreuses machines. Les expériences tendent à montrer que l'écoulement moyen responsable de la barrière est gouverné par l'équilibre des forces, mais qu'il existe une dynamique complexe entre la turbulence, les écoulements zonaux et l'écoulement moyen pendant la phase de transition. Dans cette thèse, nous enrichissons un modèle fluide de turbulence du plasma de bord afin d'inclure la relaxation collisionelle de l'écoulement vers l'équilibre des forces. Nous montrons que la contribution des effets néoclassiques permet la formation spontanée d'une barrière de transport dans les simulations en forçage par un flux. Certains éléments dynamiques similaires à la transition L-H et au mode H sont recouvrés, tels que des relaxations de la barrière, ainsi que des oscillations du champ électrique lors de la formation de la barrière. Notre analyse montre que les écoulements zonaux causent une réduction temporaire de la turbulence via le couplage non-linéaire, ce qui permet l’établissement de la barrière
The topic of this thesis is the interaction between turbulence and flows at the tokamak edge, and their influence on the confinement. Turbulence is the main contribution to the outward transport in magnetic fusion devices, and a strong limiting factor for their performance. It can be stabilised by flows, through shear-mediated decorrelation of convective cells, and through non-linear coupling. Strong shear flows causing a localised reduction of transport (transport barrier) are often observed in experiments, and several regimes of improved confinement such as the High-confinement mode are accessed routinely. There is a growing body of evidence from experiments showing that the mean flow responsible for the barrier is governed by force balance, while non-linear interplay between turbulence, turbulence-driven zonal-flows, and the mean flow occurs during the transition phase. In this thesis, we extend a fluid model for plasma edge turbulence to include collisional relaxation of flows towards force. We show that accounting for a contribution of neoclassical allows for the spontaneous formation of a transport barrier to occur in flux-driven simulation. Dynamical features reminiscent of the L-H transition and H-mode are recovered, such as relaxation-oscillations of the barrier and dithering of the radial electric field during the barrier formation. An analysis is carried out to identify the roles of zonal-flows and force balance during the transition, and it is found that in our simulations that zonal flows provide temporary quenching of the turbulence via non-linear coupling, allowing for the mean flow to grow and form the barrier

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Gabbaï, Philippe. "Instabilités, auto-organisation et transport dans la turbulence d'ondes de dérive dissipatives". Aix-Marseille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX11039.

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Abstract (sommario):

Dans cette these, nous nous interessons principalement a l'auto-organisation de la turbulence et a son implication dans le transport de particules. Le cadre d'etude choisi est la turbulence generee par les ondes de derive dissipatives, qui est un probleme generique en turbulence plasma. Nous analysons le modele a deux champs qui decrit l'evolution des fluctuations de densite et du potentiel electrostatique dans un plasma inhomogene magnetise, introduit par a. Hasegawa et m. Wakatani (hw). Ce modele est considere comme un paradigme pour le transport en turbulence 2d genere par les ondes de derives. L'utilisation d'outils statistiques adaptes a l'analyse spatio-temporelle de la turbulence (decomposition biorthogonale) nous permet de developper une methodologie pour extraire et caracteriser les structures coherentes associees au regime de turbulence developpee. Cette methode appliquee aux donnees de simulations du modele hw a permis de reveler l'existence de structures fortement correlees spatialement, dont la duree de vie est nettement superieure au temps de decorrelation et robuste par rapport aux perturbations exterieures. Le role joue par ces structures coherentes dans le transport de particules a aussi ete clarifie. L'analyse statistique du flux de particules a montre que ce flux est essentiellement associe aux fluctuations advectees par les vortex de grandes echelles. Cette technique a ete appliquee aux donnees d'un modele de turbulence du plasma de bord de tokamak, induite par l'instabilite d'interchange. En marge de cette activite, nous nous interessons a la generalisation des equations du systeme hw aux plasmas poussiereux. Enfin, nous nous penchons sur le probleme de l'advection de particules dans le regime de transition a la turbulence. Un modele analogue au modele de lorentz est deduit pour le systeme hw. Ce modele permet d'etudier le lien entre les differents regimes du potentiel et le transport de particules advectees par celui-ci.

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Guyomarc'h, Didier. "Un tube à onde progressive pour l'étude de la turbulence plasma". Aix-Marseille 1, 1996. http://www.theses.fr/1996AIX11040.

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Abstract (sommario):

Le systeme faisceau-plasma peut-etre considere comme un paradigme de la turbulence plasma. Dans ce systeme, le faisceau constitue une source d'energie libre pour l'excitation des ondes turbulentes: ces ondes modifient le mouvement des particules du faisceau qui elles-memes affectent l'evolution des ondes. L'effet autocoherent de l'interaction ondes-particules est un probleme ouvert. Notamment l'influence des couplages de modes induits par les particules resonnantes reste un sujet controverse. Dans un tel systeme, le plasma joue essentiellement le role d'un dielectrique supportant des ondes electromagnetiques et peut etre avantageusement remplace par la structure a onde lente d'un top. Nous montrons dans la premiere partie l'analogie qui existe entre les deux systemes faisceau-plasma et top. En deuxieme partie, nous presentons les resultats de simulations numeriques decrivant, a l'aide d'un hamiltonien autocoherent, l'interaction de n particules avec une seule onde. Pour differentes conditions initiales, nous observons la croissance exponentielle de l'onde de faible amplitude prevue par la theorie lineaire. Alors que pour n particules regroupees en un faisceau monocinetique, nous observons bien le regime de saturation non lineaire associe au piegeage du faisceau prevu theoriquement, lorsque le faisceau presente une grande dispersion en vitesse, le systeme developpe, apres la premiere saturation, une instabilite dont l'origine demeure inexpliquee. En troisieme partie, nous decrivons precisement le dispositif experimental: il est constitue d'une helice de 4 m de long, de 4 sondes mobiles pour le controle et la mesure de la turbulence, d'un canon pouvant travailler en mode continu ou pulse. Il est suivi d'un dispositif de controle de la temperature du faisceau et d'un analyseur trochoidal pour la mesure de la distribution energetique des electrons du faisceau. Enfin nous presentons les mesures des parametres lineaires du tube et comme test de validite le cas de l'interaction d'un faisceau monocinetique avec une onde

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Sahraoui, Fouad. "Etude des fluctuations magnétiques dans la magnétogaîne terrestre : vers une interprétation dans le cadre de la théorie de la turbulence faible de la MHD-Hall". Versailles-St Quentin en Yvelines, 2003. http://www.theses.fr/2003VERS0014.

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Abstract (sommario):

La thèse porte sur l'étude expérimentale et théorique de la turbulence magnétique dans la magnétogaine terrestre. Vu l'absence des collisions, cette turbulence joue un rôle important dans les transferts entre le vent solaire et la magnétosphère. L'étude expérimentale est faite à partir des données multipoints des satellites Cluster et en utilisant la technique de filtrage-en-k. Il a été montré que le spectre turbulent observé est porté par des modes linéaires. Ces modes ne sont pas décrits par la théorie de la MHD idéale. Ces résultats justifient une approche de turbulence faible en MHD-Hall pour interpréter les observations. Ce modèle a été développé dans le cadre du formalisme Hamiltonien. Une étape importante a été franchie : la description canonique de la MHD-Hall en terme des variables de Clebch généralisées. Ceci permettra de résoudre le problème de la diagonalisation des équations non linéaires de la MHD-Hall et de dériver les équations cinétiques des ondes correspondantes
The thesis is dedicated to study experimentally and theoretically the magnetic turbulence in the terrestrial magnetosheath. Due to the absence of collisions, this turbulence plays an important role in the transfers between the solar wind and the magnetosphere. The experimental study is done using the Cluster multipoint data and the k-filtering technique. It is shown that the observed turbulent spectrum is supported by linear low frequency modes. These modes are not described by the ideal MHD theory. Therefore, a weak turbulence theory of the Hall-MHD system is justified for interpreting the observations. This model is developed in the framework of the Hamiltonian formalism. The most important step has been accomplished: the canonical description of the Hall-MHD system in terms of the generalized Clebsch variables. This new formalism will allow to solve the problem of diagonalizing the Hall-MHD non linear equations, and deriving the corresponding kinetic equations of waves

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Bultel, Arnaud. "Analyse d'un plasma d'azote basse pression en situations de jet libre et de couche limite". Rouen, 1994. http://www.theses.fr/1994ROUE5007.

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Abstract (sommario):

Ce travail est consacré à l'analyse d'un jet de plasma d'azote basse pression généré par un arc continu transféré. Des mesures ont également été réalisées dans la couche limite développée au-dessus d'une plaque refroidie, en inox, placée dans le sens de l'écoulement. Le degré de dissociation du plasma dans les premiers centimètres du jet libre a été obtenu par spectroscopie U. V. En absorption et en émission. A cette fin, deux sources de rayonnement ont été conçues et réalisées. La densité et la température électroniques, ainsi que le nombre de Mach ont été mesurés par sondes Langmuir. Les résultats sont en désaccord avec les schémas cinétiques habituellement appliqués à l'azote dans les codes de calcul (C. Park). Un dispositif original a été conçu et validé dans l'argon et l'azote, qui permet de déduire la température cinétique de l'évolution de la température d'un thermocouple rapidement immergé dans le plasma

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Leconte, Michaël. "Interaction entre écoulements cisailles et transport turbulent dans les plasmas de fusion magnétique". Aix-Marseille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX11047.

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Abstract (sommario):

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'interaction entre les écoulements cisaillés et la turbulence dans les plasmas chauds magnétisés. On s'est particulièrement focalisé sur l'étude de la dynamique complexe d'une barrière de transport et sur un moyen de contrôler ces oscillations de relaxations. Après avoir détaillé un modèle 3D auto-consistant décrivant la turbulence dans la région de bord d'une machine de fusion magnétique, nous avons dégagé au moyen de modèles 1D et 3D les principaux mécanismes à l'origine de la réduction du transport turbulent dans la région appelée barrière de transport. Nous avons, en particulier, étudié la décorrelation de la turbulence par un écoulement moyen cisaillé avec profil linéaire, et nous avons dérivé, en faisant une étude analytique et numérique utilisant un modèle 1D de scalaire passif, la dépendance du flux de chaleur radial en fonction du taux de cisaillement. Nous obtenons des résultats qui confirment que l'amplitude de la turbulence peut être plus fortement supprimée par l'écoulement cisaillé que le terme de phase entre les fluctuations de pression et de vitesse radiale, et que la dépendance du flux de chaleur radial et de ces composantes n'est pas universelle mais dépend du modèle utilisé ainsi que de la statistique de la source de turbulence. Enfin, nous avons étudié un moyen de contrôle des oscillations de relaxation d'une barrière de transport par des perturbations résonnantes, cette étude étant motivée par de récentes expériences de stabilisation des ELMs [Evans2004, Becoulet2008, Liang2007, Finken2007] au moyen de perturbations magnétiques résonnantes (RMPs) crées par un courant continu dans des bobines perturbatives externes. Nous avons reproduit dans des simulations 3D en utilisant les paramètres de la machine TEXTOR avec, à la fois, des RMPs et une barrière de transport, un effet stabilisant des RMPs sur les oscillations de relaxations de la barrière, sans perte de confinement majeure pour de faibles valeurs du courant perturbatif I_D (I_D 1. 5 kA) avec les paramètres de TEXTOR). Nous avons analysé cet effet et montré qu'il est lié à une modification du gradient de pression due essentiellement à la modification de la topologie magnétique, en particulier la formation de chaînes d'îlots résiduels et du transport induit par la stochasticité. On observe une érosion du gradient de pression (donc de la barrière de transport), au voisinage de la surface de résonance principale

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Gerbaud, Thomas. "Étude de la microturbulence par réflectométrie dans un plasma de fusion sur le tokamak Tore-Supra". Thesis, Nancy 1, 2008. http://www.theses.fr/2008NAN10086/document.

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Abstract (sommario):

La réflectométrie à balayage en fréquence en polarisation extraordinaire permet de mesurer des spectres locaux en nombre d’onde radiaux, S[_n/n](kr, r), et ainsi les profils radiaux de fluctuations de densité du plasma, sur le tokamak Tore Supra. La décomposition sur une base d’ondelettes – outil d’analyse position-fréquence – a permis de prendre en compte la forte variation radiale de la turbulence mesurée. Une attention particulière a été prêtée à la validation des spectres et profils turbulents mesurés, avec d’une part la confrontation avec des mesures expérimentales (réflectométries, sondes) et des simulations numériques. Cette mesure des fluctuations de densité a été appliquée à l’analyse du transport local, par l’étude de l’impact de la collisionnalité normalisée, __, sur le confinement du plasma. Ces analyses adimensionnelles permettent de comparer directement les plasmas réalisés dans les différents tokamaks. Une nette diminution du temps de confinement normalisé a été mise en évidence : B_E _ __-0.5±0.15. Point d’innovation, les profils radiaux de fluctuation de densité mesurés ont montré une forte augmentation de la turbulence de bord (r/a>0.8) liée à l’augmentation du __ – augmentation aussi observée à l’aide de la réflectométrie Doppler – fournissant donc une base physique expliquant la diminution de B_E avec __. Les régions plus centrales n’ont pas présenté de variations nettes (_n/n, _eff). Des simulations du plasma de coeur (code de stabilité linéaire KineZero et code gyrocinétique non-linéaire GYRO) ont été menées, afin d’analyser le comportement expérimental du plasma
Fast-sweeping reflectometry in extraordinary mode allows direct measurement of radial wavenumber local spectra S(_n/n](kr, r), and radial profiles of density fluctuations, on Tore Supra tokamak. Wavelet-based approach – a mathematical tool for position-frequency analysis – made possible to consider the strong radial variation of the measured turbulence. Special consideration was given to the validation of spectra and turbulent profiles measurements, by comparing with experimental measurements (reflectometries, probes) and numerical non-linear gyrokinetic simulations. This density fluctuations measurement method has been used to analyse the local transport, by performing a dimensionless scaling on collisionnality, __. The scaling experiments allow direct comparisons of plasmas from different tokamaks. A clear decrease of the normalized confinement time of the plasma energy with the normalized collisionnality was observed : B_E _ __-0.5±0.15. These new measurements of density fluctuations profiles have shown an intense rise of the edge turbulence (r/a > 0.8) when increasing – also observed by Doppler reflectometry diagnostic – providing a physical explanation of the loss of confinement with the normalized collisionnality. More central regions did not present apparent variations (_n/n, _eff). Core plasma simulations (linear stability code KineZero and non-linear gyrokinetic GYRO) were performed, in order to analyse the experimental behaviour of the plasma

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Figarella, Charles F. "Etude des barrières de transport dans les plasmas de fusion magnétisés". Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11021.

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Abstract (sommario):

Dans un tokamak les instabilités qui se développent conduisent à un transport turbulent. Ce transport appelé transport anormal est responsable de la dégradation du confinement de l'énergie et donc néfaste pour les processus de fusion. Une suppression de ces instabilités conduit à une baisse du transport anormal et à la formation de barrières de transport. Deux mécanismes principaux de stabilisation ont été identifiés : un fort cisaillement de vitesse et un cisaillement magnétique renversé. Notre étude portera sur la formation de barrières et des mécanismes associés pour les deux instabilités suivantes : les modes de ballonnement résistifs se développant au bord du plasma et les modes ioniques au centre. Ces formations de barrières et leur mécanismes de stabilisation sont étudiés grâce à deux codes numériques simulant ces deux instabilités. En ce qui concerne la stabilisation des modes de ballonnement résistifs par un cisaillement de vitesse, nous avons étudié son effet sur le transport turbulent et constaté une forte diminution qui était non seulement due à une baisse des fluctuations turbulentes mais aussi à une modification de leur phase relative. Nous avons aussi effectué une étude sur la dépendance de la diffusivité turbulente en fonction du cisaillement et nos résultats numériques sont en accord avec les théories analytiques et les expériences. Pour les modes ioniques une barrière de transport se forme au voisinage du minimum du facteur de sécurité pour un cisaillement magnétique renversé. Cet effet est dû à la raréfaction des surfaces de résonnances autour d'un cisaillement magnétique nul. Cette raréfaction diminue le couplage des modes instables et conduit à une stabilisation

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Strugarek, Antoine. "Turbulence, transport et confinement : des tokamaks à la tachocline solaire". Paris 7, 2012. http://www.theses.fr/2012PA077204.

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Abstract (sommario):

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de l'étude de l'auto-organisation des plasmas chauds magnétisés. Nous nous intéressons en particulier aux deux objets que sont les étoiles et les tokamaks. Nous les étudions à l'aide de simulations numériques en utilisant des codes premiers principes dans le contexte des phénomènes de turbulence, de transport et de confinement dans les plasmas. La première partie de cette thèse s'attache à donner une introduction sur les caractéristiques des plasmas des étoiles et des tokamaks, ainsi que sur les raisons qui nous ont poussé à les étudier conjointement. Puis, nous développons en deuxième partie des travaux appliqués aux étoiles. A l'aide de simulations numériques, nous étudions pour la première fois en géométrie sphérique et en 3D l'interaction des mouvements turbulents avec un champ magnétique interne dans le Soleil, dans la région de la tachocline qui agit comme une barrière de transport du moment cinétique. Nous montrons qu'un tel champ magnétique ne peut expliquer l'épaisseur de la tachocline que nous observons, et donnons des pistes de réflexion pour comprendre cette épaisseur. Nous explorons également dans cette partie les implications que l'environnement d'une étoile (en particulier le vent de l'étoile, et les planètes gravitant autour) peut avoir sur son organisation interne. Cette étude nous permet aussi d'étudier l'interaction des vents stellaires avec les magnétosphères planétaires qui agissent comme des barrières de transport pour la matière. Des travaux spécifiques aux tokamaks sont ensuite présentés dans une troisième partie. Nous y développons une étude numérique des mécanismes expérimentaux conduisant à la création de barrières de transport dans les tokamaks. Ces barrières de transport permettent l'accès à des régimes de fusion nucléaire performants. Pour la première fois, nous montrons théoriquement comment déclencher la formation de ces barrières dans des simulations turbulentes de codes premiers principes. Enfin, la dernière partie présente les résultats des réflexions communes issues de cette thèse faisant le pont entre deux communautés scientifiques. L'utilisation d'une méthode spectrale originale pour l'analyse de phénomènes multi-échelles y est exposée. Elle est successivement développée puis appliquée pour mettre en évidence les mécanismes de saturation de la dynamo stellaire et de l'instabilité du gradient de température ionique dans les tokamaks. Un modèle unique traitant de l'interraction entre la turbulence et les écoulements de grande échelle est ensuite développé à la fois dans le contexte de la tachocline solaire et dans celui des tokamaks, formalisant l'analogie qui existe entre les deux objets de notre étude
This thesis is part of the general study of self-organization in hot and magnetized plasmas. We focus our work on two specific objects : stars and tokamaks. We use first principle numerical simulations to study turbulence, transport and confinement in these plasmas. The first part of this thesis introduces the main characteristics of stellar and tokamak plasmas. The reasons for studying them together are properly detailed. The second part is focused on stellar aspects. We study the interactions between the 3D turbulent motions in the solar convection zone with an internal magnetic field in the tachocline (the transition region between the instable and stable zones in the Sun). The tachocline is a very thin layer (less than five percent of the solar radius) that acts as a transport barrier of angular momentum. We show that such an internal magnetic field is not likely to explain the observed thickness of the tachocline and we give some insights on how to find alternative mecanisms to constrain it. We also explore the effect of the environment of star on its structure. We develop a methodology to study the influence of stellar wind and of the magnetic coupling of a star with its orbiting planets. We use the same methodology to analyse the magnetic interaction between a stellar wind and a planetary magnetosphere that acts as a transport barrier of matter. Then, the third part is dedicated to fusion oriented research. We present a numerical investigation on the experimental mecanisms that lead to the development of transport barriers in the plasma. These barriers are particularly important for the design of high performance fusion devices. The creation of transport barriers is obtained in turbulent first principle simulations for the very first time. The collaboration between the two scientific teams lead to the results presented in the fourth part of this thesis. An original spectral method is developed to analyse the saturation of stellar convective dynamos and of the ion temperature gradient instability. We also develop a reduced model that tackles the interaction between turbulent motions, waves, and zonal and mean flows. The same model is applied to both the solar tachocline and tokamak turbulence, putting forth the strong analogy that exists between the two objects we studied

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Sabot, Roland. "Importance de la structure magnétique fine dans un tokamak pour le transport anormal et les disruptions internes". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1996. http://www.theses.fr/1996ECAP0488.

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Abstract (sommario):

La compréhension de deux phénomènes dégradant le confinemnt des tokamaks, le transport anormal et les disruptions internes, représenterait une étape vers la réalisation de la fusion. Faisant l'hypothèse que la turbulence causant le transport anormal est à dominante magnétique, nous étudions l'équilibre thermique d'un plasma où apparaîssent des îlots magnétiques de largeur centimétrique. Ces perturbations rendent chaotiques les lignes de champs. Pour cette étude, nous utilisons une approche originale de type "système complexe" : la percolation dynamique. Cette approche permet d'intégrer dans un modèle unique des phénomènes aux échelles très différentes. L'évolution des îlots, donnée par la théorie des modes de déchirements, est couplée à l'évolution de la température par coefficient de diffusion. Celui-ci prend en compte les collisions et l'ergodisation des lignes de champs, il augmente fortement au voisinage d'un niveau de turbulence critique. La loi donnant le temps de confinement d'équilibre en fonction des paramètres globaux coïncide avec les lois expérimentales. La propagation des perturbations est très rapide et conforme aux résultats expérimentaux. Elle s'explique par l'augmentation importante de la diffusion au voisinage de niveau critique. Enfin, la variation infinitésimale d'un paramètre peut faire bifurquer l'évolution du système avec une stabilisation partielle de la turbulence au bord. Cette évolution évoque très fortement aux transitions des tokamaks. Les fluctuations de la lumière émise par un glaçon d'hydrogèen injecté dans le tokamak Tore-Supra fournissent une confirmation expérimentale à l'existence d'îlots magnétiques car elles s'expliquent par la traversée des îlots. A partir des ces stries, il est possible de mesurer le profil de courant et la largeur des îlots. Concernant les disruptions internes, nous montrons que la modification de la forme locale de la perturbation et la présence d'une zone de cisaillement nul abaissent le seuil de transition au chaos. Nous proposons un scénario pour expliquer l'évolution des disruptions internes.

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Villegas, Daniel. "Etude expérimentale de l'influence du gradient de température électronique sur le transport turbulent des impuretés dans un plasma de fusion". Aix-Marseille 1, 2010. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2010AIX11055.pdf.

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Abstract (sommario):

La compréhension du transport des impuretés est essentielle pour atteindre un régime de fonctionnement optimal dans les futurs réacteurs de fusion. Dans ce mémoire de thèse, l’influence expérimentale et théorique du gradient de température électronique R/LTe sur le transport d’une impureté métallique est analysée dans les tokamaks Tore Supra et ASDEX Upgrade. Dans nos expériences, le profil de Te est contrôlé par l’ajout d’une faible quantité de puissance FCE déposée à deux rayons différents. Les résultats expérimentaux ont été obtenus à l’aide du code de transport interprétatif ITC qui a été complété par un algorithme génétique permettant de mieux déterminer les coefficients de transport des impuretés. Les résultats de simulations gyro-cinétiques quasi-linéaires de QuaLiKiz, que nous avons réalisées, sont en accord avec les profils expérimentaux obtenus avec ITC en tenant compte des incertitudes expérimentales sur les gradients. Dans le coeur du plasma dominé par des modes électroniques, plus R/LTe est faible, plus la diffusion du nickel est faible. Elle tend linéairement vers le niveau néoclassique lorsque R/LTe s’approche du seuil de turbulence. La valeur de ce seuil déterminé expérimentalement par extrapolation est en bon accord avec celui déterminé par les simulations de QuaLiKiz. Dans le reste du plasma dominé par des ITG, insensibles au gradient de température électronique, le coefficient de diffusion est inchangé, résultat obtenu expérimentalement et par la simulation. Par ailleurs, aucune modification de la vitesse de convection n’a été observée. Ceci est attribué à la faible contribution de la thermodiffusion, seul terme dépendant de R/LTe et évoluant en 1/Z. Sur ASDEX, les premiers résultats, très différents de l’expérience sur Tore Supra, montrent la présence d’une barrière de transport des impuretés à l’endroit d’un dépôt de forte puissance FCE
Understanding impurity transport is a key to an optimal regime for a future fusion device. In this thesis, the theoretical and experimental influence of the electron temperature gradient R/LTe on heavy impurity transport is analyzed both in Tore Supra and ASDEX Upgrade. The electron temperature profile is modified locally by heating the plasma with little ECRH power deposited at two different radii. Experimental results have been obtained with the impurity transport code (ITC) which has been completed with a genetic algorithm allowing to determine the transport coefficient profiles with more accuracy. Transport coefficient profiles obtained by a quasilinear gyrokinetic code named QuaLiKiz are consistent with the experimental ones despite experimental uncertainties on gradients. In the core dominated by electron modes, the lower R/LTe the lower the nickel diffusion coefficient. The latter tends linearly to the neoclassical level when the instability threshold is approached. The experimental threshold is in agreement with the one computed by QuaLiKiz. Further out, where the plasma is dominated by ITG, which are independent of R/LTe , both experimental and simulated results show no modification in the diffusion coefficient profile. Furthermore, the convection velocity profile is not modified. This is attributed to a very small contribution of the thermodiffusion (1/Z dependence) in the total convection. On ASDEX, the preliminary results, very different from the Tore Supra ones, show a internal transport barrier for impurities located at the same radius as the strong ECRH power deposit

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Futtersack, Romain. "Modélisation fluide du transport magnétisé dans les plasmas froids". Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2537/.

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Abstract (sommario):

Les connaissances sur le sujet du transport magnétisé n'ont que très peu évolué dans le domaine des plasmas froids depuis les années 1960 et ne suffisent plus pour expliquer le comportement complexe du plasma que l'on rencontre dans les sources magnétisées basse-pression actuellement en développement. Les théories et les méthodes développées pour l'étude du transport magnétisé dans le cadre de la recherche sur la production d'énergie par fusion thermonucléaire sont inadaptées pour décrire la dynamique non-ambipolaire de ces plasmas. En effet, dans ces sources, les ions ne sont que faiblement magnétisés, les collisions avec les neutres influencent significativement le transport tandis que les parois, puits à particules omniprésents, contrôlent les profils d'équilibres. Pour répondre à cette problématique, cette thèse revisite la modélisation des plasmas froids et propose un nouveau modèle fluide décrivant le transport magnétisé dans le plan perpendiculaire au champ magnétique. Nous adressons la complexité de ce transport à travers l'élaboration d'un modèle fluide 2D1/2et de son schéma numérique, sans approximation d'ordering entre les longueurs caractéristiques du plasma magnétisé (i. E. La dimension du plasma L, les libres parcours moyens lambda i,e et les rayons de Larmor ioniques et électroniques rho Li,e). Les équations sont résolues dans le plan perpendiculaire au champ magnétique où les asymétries et les inhomogénéités représentatives du transport magnétisé apparaissent, tandis que les conditions aux limites (parallèles et transverses) sont dérivées de la théorie classique de gaine. La considération de l'inertie des particules permet de plus de capturer la dynamique transitoire du plasma ainsi que certains types d'instabilités. Le modèle, supportant une large gamme de topologies et d'intensités de champ magnétique, est appliqué aux configurations de deux sources d'ions négatifs. Les asymétries et inhomogénéités observées expérimentalement sont reproduites et, dans une géométrie représentant la Scrape-of-Layer des tokamaks, le modèle est capable de simuler la turbulence d'interchange qui domine le transport perpendiculaire du plasma de bord
The knowledge on the subject of magnetized transport have remained little changed in the field of cold plasmas since the 1960s and is no longer sufficient to explain the complex behavior of the plasma which is found in low-pressure magnetized sources currently under development. Theories and methods developed for the study of magnetized transport in the context of the thermonuclear fusion energy research are inadequate to describe the nonambipolar dynamics of these plasmas. Indeed, in these sources, ions are weakly magnetized, collisions with neutral significantly influence the transport whereas walls are perfect sinks for particles and control equilibrium profiles. To address this problematic, this thesis revisits the cold plasmas modelling and proposes a new model describing the magnetized fluid transport in the plane perpendicular to the magnetic field. We address the complexity of this transport through the development of a 2D+1/2 fluid model and its numerical scheme without approximation on the ordering between characteristic lengths scales of magnetized plasmas (i. E. The plasma size Lambda, the mean free path lai,e and Larmor radii of ions and electrons rho Li,e). The equations are solved in the plane perpendicular to the magnetic field where asymmetries and inhomogeneities representative of the magnetized transport appear, while the boundary conditions (parallel and transverse) are derived from the classical sheath theory. Moreover, the consideration of particles inertia makes the model able to capture the plasma transient dynamics and certain types of instabilities. The model, which supports a wide range of magnetic field strengths and topologies, is applied to the configurations of two negative ions sources. Asymmetries and inhomogeneities observed experimentally are recovered and, in a geometry representing the Scrape-Of-Layer of tokamaks, the model is able to simulate the interchange turbulence which is thought to dominate the perpendicular transport of the edge plasma

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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 (sommario):

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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Lo-Cascio, Guillaume. "Barrières et transport des impuretés dans les plasmas de Tokamak". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0280.

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Abstract (sommario):

La fusion nucléaire est le processus qui anime le plasma de cœur des étoiles et consiste à fusionner des noyaux légers, typiquement des isotopes de l'hydrogène, en un noyau plus lourd comme l'hélium. Le déficit de masse engendré via ce type réaction donne en sortie une quantité d'énergie importante, le tout sans émettre de gaz à effet de serre. Cette réaction de fusion via confinement gravitationnel est impossible à effectuer sur Terre et il est donc nécessaire de trouver un autre moyen de confiner un plasma à plusieurs millions de Kelvin si l'on souhaite exploiter cette source d'énergie. Le moyen le plus étudié pour atteindre cet objectif aujourd'hui est la fusion par confinement magnétique. En effet, les particules chargées suivent une trajectoire circulaire autour des lignes de champ magnétique. Il est donc possible de construire un réacteur, usuellement de forme toroïdale, permettant de confiner un plasma moins dense que dans le cœur des étoiles, mais à des températures 10 fois plus élevées. Un champ magnétique dans l'axe principal du tore est alors généré par des bobines transverses (i.e. poloïdales) qui injectent un courant dans ce même axe toroïdal. Ce dernier génère un champ magnétique transverse qui, une fois combiné avec le premier champ, créé un champ total hélicoïdal reposant sur des surfaces toroïdales imbriquées. Les particules qui évoluent dans ces surfaces fermées sont alors dites confinées. Cependant, le confinement du plasma dans un tokamak n'est pas parfait ; les collisions Coulombiennes permettent aux ions de dériver vers les parois en traversant la dernière surface de flux fermée du tokamak (i.e. la séparatrice). Ce phénomène de transport est appelé transport « néoclassique ». En revanche, les coefficients de transports calculés à partir de la théorie néoclassique sont 2 à 3 ordres de grandeurs en dessous des valeurs expérimentales. Le transport observé dans les tokamaks est dû principalement à des instabilités se développant en turbulence en puisant dans l'énergie libre stocké dans les gradients de température notamment, augmentant ainsi grandement le transport de chaleur et de particules vers les parois du tokamak. Ce transport peut toutefois être limité via une transition d'état qui s'opère en injectant de l'énergie dans le tokamak via des neutres rapides. Une réduction très importante du transport et un raidissement des profils de pression au bord est alors observé ; une « barrière de transport » s'est mise en place. Cette transition L-H (i.e. « Low - High ») est reproductible expérimentalement dans de nombreux tokamak et est le mode de fonctionnement standard envisagé pour ITER. Cependant, même en mode H, des flux importants de particules et de chaleur peuvent atteindre la paroi et la pulvériser. Des impuretés peuvent alors contaminer le cœur du plasma et entraîner une disruption. C'est notamment le cas du tungstène qui n'est pas complètement ionisé dans les conditions des plasmas de cœur et réémet alors une grande partie de l'énergie qu'il absorbe sous forme de rayonnement. Dans cette thèse, nous avons étudié via GYSELA, un code gyrocinétique 5D massivement parallélisé développé par le CEA Cadarache, les différents mécanismes permettant de générer les barrières de transport. Pour cela, une source de cisaillement poloïdal a été utilisé afin de réduire localement l'intensité turbulente. La réduction importante de la taille moyenne des structures turbulentes a engendré une réduction équivalente du flux de chaleur et du coefficient de diffusivité associé, permettant d'établir clairement la formation d'une barrière de transport. Enfin, des simulations en présence d'impuretés (He, Ar, W) en présence de cette barrière de transport ont montré que la barrière de transport ainsi généré empêche les impuretés lourdes venant de l'extérieur de contaminer le plasma de cœur en augmentant notamment l'effet d'écrantage thermique, améliorant ainsi la qualité du confinement
Nuclear fusion is the process that powers stars and consists in fusing light nuclei, typically hydrogen isotopes, into a heavier nucleus such as helium. The mass deficit obtained through this type of reaction yields significant amount of energy without emitting greenhouse gases. Fusion through gravitational confinement is impossible to do on Earth. Another way of confining fusion plasma, which are at several millions Kelvin, is required if we want to exploit this source of energy. Nowadays, the most widely studied way of achieving fusion is by magnetically confining the plasma. Since charged particles follow a circular trajectory around magnetic field lines. It is therefore possible to build a reactor, usually toroidal in shape, to confine a plasma that is less dense than in the cores of stars, but at temperatures 10 times higher. A magnetic field along the main axis of the toroid is generated by transverse (i.e. poloidal) coils that inject a current along the same toroidal axis. This generates a transverse magnetic field which, when combined with the first field, creates a total helical field based on interlocking toroidal surfaces. The particles evolving in these closed surfaces are then said to be confined. However, plasma confinement in a tokamak is not perfect; Coulomb collisions allow ions to drift towards the walls by crossing the last closed flux surface of the tokamak (i.e. the separator). This transport phenomenon is known as "neoclassical" transport. However, the transport coefficients calculated using neoclassical theory are 2 to 3 orders of magnitude lower than the experimental values. The transport observed in tokamaks is mainly due to instabilities developing in turbulence by drawing on the free energy stored in the temperature gradients, thus greatly increasing the transport of heat and particles towards the walls of the tokamak. Nonetheless, this transport can be limited by a state transition that takes place by injecting energy into the tokamak via fast neutrals. A very significant reduction in transport and a stiffening of the pressure profiles at the edge is then observed; a "transport barrier" has been set up. This L-H (i.e. "Low - High") transition is experimentally reproducible in many tokamaks and is the standard operating mode envisaged for ITER. However, even in H mode, large flows of particles and heat can reach the wall and pulverise it. Impurities (i.e. species not involved in the fusion reaction) can then contaminate the plasma core and dilute or even extinguish it. This is particularly the case with tungsten, which is not completely ionised under core plasma conditions and therefore re-emits much of the energy it absorbs in the form of radiation. In this thesis, we used GYSELA, a 5D gyrokinetic massively parallelized code developed by CEA Cadarache, the various mechanisms that generate transport barriers. To this end, a sheared poloidal momentum source was used to reduce turbulent intensity locally. The resulting quench of turbulent structures size led to an equivalent reduction in heat flux and associated diffusivity coefficient. Those elements led us to conclude that a transport barrier was successfully triggered in our simulations. Finally, simulations with impurities (He, Ar, W) with and without a transport barrier showed that the transport barrier successfully prevented heavy impurities from outside the barrier to penetrate and contaminate the core plasma. Thermal screening effect is mainly responsible for the resulting confinement enhancement we observed

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Rebont, Cyril. "Etude d'une colonne de plasma magnétisé par fluorescence induite par laser". Aix-Marseille 1, 2010. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2010AIX11056.pdf.

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Abstract (sommario):

L'étude expérimentale des plasmas linéaires magnétisés était jusqu'à présent réalisée à l'aide de sondes de Langmuir, de réseaux de sonde, de spectroscopie ou plus récemment par imagerie rapide. Dans ce travail de thèse, un autre diagnostic, la Fluorescence Induite par Laser (FIL) résolue en temps, a été mis en place sur la machine à magnétoplasma linéaire MISTRAL. Ce diagnostic permet d'obtenir localement la fonction de distribution en vitesse résolue en temps des ions Argon. La machine MISTRAL produit un plasma magnétisé linéaire limité par un diaphragme circulaire de 10cm de diamètre. On observe, suivant les conditions expérimentales, une extension radiale du plasma en dehors de la zone d'ionisation, en rotation sous la forme d'un ou deux « bras » spiraux. A partir des fonctions de distribution, l'évolution spatiale et temporelle de la vitesse, des fluctuations de densité et du champ éléctrique est calculée. Ces mesures novatrices permettent de montrer la complexité du mouvement ionique, différent d'une dérive de type ExB ou d'une rotation en bloc du plasma comme souvent supposés. On notera également des différences entre les deux modes observés notamment la fréquence de rotation par rapport à la fréquence cyclotron ionique. Ce travail ouvre la voie vers de nouvelles analyses théoriques
The experimental study of linear magnetized plasmas was previously performed using Langmuir probes, spectroscopy or more recently fast imaging. In this thesis, another diagnotic, time resolved Laser Induced Fluorescence (LIF) , was implemented in the linear magnetoplasma device MISTRAL. This diagnostic provides the instantaneous Argon ion velocity distribution function. The MISTRAL device creates a linear magnetized plasma limited by a 10 cm circular aperture. We observe, for different experimental conditions, a radial rotation of an extension of the plasma outside the area bounded by the diaphragm. This extension has the form of one or two spiral "arms". From the distribution functions, the temporal fluctuations of density, velocity and electric field are calculated. These innovative measurements show that the ion motion is more complex than the expected ExB drift. The plasma does not rotate in block as has often been assumed. One has to notice that differences exist between the two observed modes, specially on the rotation frequency as compared to cyclotronic frequency. This work opens the path to new exciting theorical analysis

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Caschera, Elisabetta. "Global confinement properties in global, flux-driven, gyrokinetic simulations". Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0509.

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Abstract (sommario):

La compréhension du confinement du plasma dans les réacteurs à fusion est l’une des étapes manquantes pour la disponibilité de l’énergie de fusion. La conception de futurs réacteurs tels que ITER sont bases sur l'extrapolation de lois d'échelle empiriques. Dans ce travail de thèse nous étudions les propriétés globales du confinement du plasma dans un Tokamak avec l'une des simulations numériques les plus complétés. Les recherches portent sur deux sujets principaux: les propriétés d’échelle du confinement et l’effet de la limite du plasma sur le transport turbulent. Un résultat important est obtenu lors de la reproduction de la loi d’échelle globale du temps de confinement de l’énergie avec les simulations numériques. La condition aux limites du code a été modifié pour imiter cela au bord du plasma dans les expériences. Une physique supplémentaires est accessibles aux simulations, telles que l'instabilité de type Kelvin-Helmeholtz au niveau de la separatrice et la turbulence sous-critique de bord
Understanding and predicting the performance of a fusion reactor in terms of confinement is one of the missing milestones for the availability of fusion energy. The predictions for the design of future reactors such as ITER are based on the extrapolation of empiricalscaling laws. We investigate global confinement properties of turbulent heat transport in a Tokamak with first principle simulations. The research is carried on two main topics: the scaling properties of plasma confinement and the effect of the plasma boundary on the turbulent transport. An important result is obtained when reproducing the global scaling for the energy confinement time with numerical simulations. However the scaling properties are found to brake at the local level. The boundary condition of the code has been modified to mimic the experimental Scrape-Off Layer at the plasma edge. Additional physics is now accessible, such as Kelvin-Helmholtz-like instability at separatrix and edge subcritical turbulence

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Marradi, Luca. "Turbulence et structures dans le vent solaire". Nice, 2011. http://www.theses.fr/2011NICE4078.

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Abstract (sommario):

Deux aspects de la turbulence dans le vent solaire à des échelles de l’ordre du rayon de Larmor des ions ont été abordés : le chauffage anisotrope du plasma et les propriétés spectrales de la cascade turbulente dans la direction perpendiculaire au champ magnétique ambiant. Ces problèmes ont été étudiés au moyen de simulations numériques unidimensionnelles utilisant soit un modèle dit « FLR-Landau fluid » (FLR-LF) qui étend la magnétohydrodynamique anisotrope en retenant les effets cinétiques basse fréquence (effet Landau et corrections de rayon de Larmor fini) soit un code Vlasov hybride 1D-3V dans l’espace des phases (HV). Des études préliminaires menées dans le contexte de la MHD-Hall compressible, ont démontré qu’une cascade d’ondes d’Alfvén est possible dans la direction parallèle, à des échelles plus petites que la longueur inertielle des ions. Des simulations du modèle FLR-LF dans une direction quasi-perpendiculaire avec un forçage aléatoire modélisant la cascade Alfvénique ont mis en évidence un chauffage perpendiculaire non-résonnant et le développement de l’instabilité miroir qui contraint le système à rester au voisinage du seuil. Les simulations de ce modèle, incluant l’effet de faibles collisions (décrites par un opérateur BGK) montrent un très bon accord avec les données des satellites. La simulation HV, avec un forçage sur le champ électrique a permis de révéler la formation d’un spectre en loi de puissance -5/3 aux échelles plus grandes que la longueur inertielle des ions et en -7/3 aux échelles plus petites, ainsi que la formation de chocs perpendiculaires et de trous magnétiques
Two specific aspects of solar wind turbulence at scales comparable with the ion Larmor radius were considered : anisotropic plasma heating, and the electromagnetic spectral properties of the turbulent cascade in the direction perpendicular to the ambient magnetic field. These problems were studied by means of one-dimensional numerical simulations with two different methods : a FLR-Landau fluid (FLR-LF) model that extends anisotropic magnetohydrodynamics by retaining low-frequency kinetic effects such as Landau damping and finite Larmor radius corrections, and a hybrid Vlasov code in 1d-3V phase space dimensions (HV). Preliminary investigations were performed in the context of compressible Hall-MHD that demonstrated a possible Alfvén wave cascade in the parallel direction at scales smaller than the ion inertial length. Simulations of the FLR-LF model in quasi-perpendicular directions with a random forcing aiming at mimicking the tail of the Alfvén cascade show a non-resonant ion perpendicular heating and the development of the mirror instability which constraints the system to remain near instability threshold. The FLR-LF model has been extended to include the effect of a weak amount of collisions described by a BGK operator. Simulations including collisions show a very good agreement with satellite data. We also performed simulations with the HV code where a forcing on the electric fields code was introduced. These simulations showed the generation of a power-law spectrum with slope -5/3 at scales larger than the ion skin depth, and slope -7/3 in the short wavelengths range, together with the formation of “perpendicular shocks” and magnetic holes

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Muraglia, Magali. "Modélisation et simulation de l'interaction multi-échelle entre îlots magnétiques et la microturbulence dans les plasmas de fusion magnétisés". Aix-Marseille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX11052.

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Abstract (sommario):

Un tokamak est le siège de diverses instabilités qui peuvent être à l'origine d'une dégradation du confinement magnétique. Cette thèse porte sur l'étude de la dynamique d'un îlot magnétique en présence de turbulence dans les plasmas magnétisés. Plus précisement, il s'agit de comprendre la nature de l'interaction multi-échelle entre la turbulence, générée par un gradient de pression et la courbure du champ magnétique, et un îlot magnétique formé par un mode de déchiremement classique. Grâce à la déduction d'un modèle 2D prenant en compte ces deux sources d'instabilité, des études linéaires analytiques et numériques permettent de comprendre l'effet de la pression sur la phase de croissance linéaire d'un îlot magnétique et mettent en évidence la stabilisation des modes interchanges en présence d'un champ magnétique. Ensuite, des simulations non-linéaires du modèle sont présentées pour comprendre comment le mécanisme d'interchange affecte la dynamique non-linéaire d'un îlot magnétique. De façon générale, le gradient de pression et la courbure du champ magnétique affectent fortement l'évolution non-linéaire de l'îlot magnétique permettant l'apparition de bifurcations dynamiques dont la nature doit être caractérisée suivant les situations dans lesquelles on se place. Enfin, la dernière partie de cette thèse est dédiée à l'étude de la rotation poloïdale de l'îlot magnétique. La déduction d'un modèle permettant de mettre en évidence les différentes origines possibles de la rotation est présentée. Il apparaît clairement que la rotation non-linéaire de l'îlot magnétique peut être gouvernée par l'écoulement poloïdal E x B et/ou par l'écoulement non-linéaire diamagnétique
In a tokamak, it exists many kind of instability at the origin of a dammage of the confinement and worst of a lost of a confinement. This phd presents a study of the dynamics of a magnetic island in presence of turbulence in magnetized plasmas. More precisely, the goal is to understand the multiscales interaction between turbulence, generated by a pressure gradient and the magnetic field curvature, and a magnetic island formed thanks to a tearing mode. Thanks to the derivation of a 2D slab model takking account both tearing and interchange instabilities, theoretical and numerical linear studies show the pressure effect on the magnetic island linear formation and show interchange modes are stabilized in presence of a strong magnetic field. Then, a numerical nonlinear study is presented in order to understand how the interchange mechanism affects the nonlinear dynamics of a magnetic island. It is showned that the pressure gradient and the magnetic field curvature affect strongly the nonlinear evolution of a magnetic island through dynamics bifurcations. The nature of these bifurcations should be characterized in fonction of the linear situation. Finally, the last part of this phd is devoted to the study of the origin of the nonlinear poloidal rotation of the magnetic island. A model giving the different contributions to the rotation is derived. It is showned, thanks to the model and to the numerical studies, that the nonlinear rotation of the island is mainly governed by the E x B poloidal flow and/or by the nonlinear diamagnetic drift

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Darmet, Guillaume. "Transport cinétique dans un plasma de fusion magnétique à flux force". Lyon, École normale supérieure (sciences), 2007. http://www.theses.fr/2007ENSL0424.

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Madon, Alex. "Instabilités et transition vers la turbulence faible spatio-temporelle dans une expérience de plasma". Aix-Marseille 1, 1996. http://www.theses.fr/1996AIX11045.

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Abstract (sommario):

Le probleme aborde dans ce travail est de fournir des modeles pour la route vers la turbulence observee dans un systeme experimental. Le systeme considere est un plasma de decharge confine magnetiquement. Un diagnostic spatio-temporel est assure par une couronne de 64 sondes de langmuir. Lorsqu'un des parametres de controle de l'experience (une tension) augmente, on observe differents regimes, du plasma stable a l'etat de turbulence faible spatio-temporelle. Une methode d'analyse des donnees est proposee. Elle s'appuie sur la decomposition bi-orthogonale et consiste a identifier dans les signaux des ondes modulees. La description du comportement du systeme en termes d'ondes modulees permet de detecter des bifurcations qui n'avaient pas ete observees par les methodes classiques. Un modele pour le phenomene de doublement de vitesse observe dans les signaux experimentaux est propose. Il est base sur des modulations purement spatiales. Un deuxieme modele est propose afin de decrire la route complete vers la turbulence. Plus precisement, nous donnons un systeme dynamique qui decrit l'evolution temporelle des amplitudes des ondes modulees et qui peut etre considere comme une forme normale pour la sequence de bifurcations observees: 1) apparition d'une onde modulee 2) un etat quasi-periodique a quatre ondes modulees 3) un etat d'accrochage de frequence a quatre ondes modulees 4) l'etat turbulent. Ce modele, construit de maniere heuristique, est ensuite justifie par des calculs analytiques et par des simulations numeriques. Enfin, en annexe, le modele est relie aux equations fluides des plasmas

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Donnel, Peter. "Impurity transport in tokamak plasmas : gyrokinetic study of neoclassical and turbulent transport". Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0485.

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Abstract (sommario):

La compréhension du transport d’impuretés dans les tokamaks est cruciale. En effet, les noyaux lourds ne sont que partiellement ionisés dans le cœur du plasma, ils peuvent alors fortement rayonner et entraîner une diminution importante de la qualité du plasma. Une accumulation des impuretés au cœur du plasma est souvent observée au sein des tokamaks. Cette accumulation est souvent attribuée à la physique néoclassique mais le transport turbulent pourrait bien dominer dans la zone de gradient dans ITER. Jusqu’à récemment, le calcul des flux néoclassique et turbulent étaient réalisés de façon distincte, supposant implicitement que les deux canaux de transport sont indépendants. On peut se demander si cette hypothèse est valide.En effet, des simulations obtenues avec le code gyrocinétique GYSELA ont montré l’existence d’une synergie entre transports néoclassique et turbulent dans le cas des impuretés et un mécanisme permettant sa compréhension a été trouvé.La turbulence peut générer des asymétries poloidales. Un travail analytique permet de prédire le niveau et la structure de la partie axisymétrique du potentiel électrique. Deux mécanismes sont à l’origine des asymétries poloidales du potentiel électrique: la compressibilité du flot et le ballonnement de la turbulence.Une nouvelle prédiction du flux d’impureté néoclassique en présence d’asymétries poloidales et d’anisotropie de la pression a été réalisée. Un bon accord a été trouvé entre la nouvelle prédiction et une simulation réalisée avec GYSELA pour laquelle la turbulence est à l’origine des asymétries poloidales et de l’anisotropie de la pression
Impurity transport is an issue of utmost importance for tokamaks. Indeed high-Z materials are only partially ionized in the plasma core, so that they can lead to prohibitive radiative losses even at low concentrations, and impact dramatically plasma performance and stability. On-axis accumulation of tungsten has been widely observed in tokamaks.While the very core impurity peaking is generally attributed to neoclassical effects, turbulent transport could well dominate in the gradient region at ITER relevant collisionality. Up to recently, first principles simulations of corresponding fluxes were performed with different dedicated codes, implicitly assuming that both transport channels are separable and therefore additive. The validity of this assumption is questionned. Simulations obtained with the gyrokinetic code GYSELA have shown clear evidences of a neoclassical-turbulence synergy for impurity transport and allowed the identification of a mechanism that underly this synergy.An analytical work allows to compute the level and the structure of the axisymmetric part of the electric potential knowing the turbulence intensity. Two mechanisms are found for the generation of poloidal asymmetries of the electric potential: flow compressibility and the ballooning of the turbulence. A new prediction for the neoclassical impurity flux in presence of large poloidal asymmetries and pressure anisotropies has been derived. A fair agreement has been found between the new theoretical prediction for neoclassical impurity flux and the results of a GYSELA simulation displaying large poloidal asymmetries and pressure anisotropies induced by the presence of turbulence

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Chôné, Laurent. "Turbulence, flows and transport barriers at the tokamak plasma edge". Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4701.

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Abstract (sommario):

Cette thèse porte sur l'interaction entre turbulence et écoulement au bord du plasma de tokamak, et leur influence sur le confinement. La turbulence est la principale contribution au transport dans les machines de fusion magnétique, et un facteur limitant leur performance. Elle peut être stabilisée par les écoulements dans le plasma, via la décorrélation des cellules de convection par le cisaillement, et des couplages non-linéaires. La réduction localisée du transport turbulent par un écoulement cisaillé (barrière de transport) est souvent observée dans les expériences, et des régimes à confinement amélioré tels que le mode à Haut confinement sont obtenus sur de nombreuses machines. Les expériences tendent à montrer que l'écoulement moyen responsable de la barrière est gouverné par l'équilibre des forces, mais qu'il existe une dynamique complexe entre la turbulence, les écoulements zonaux et l'écoulement moyen pendant la phase de transition. Dans cette thèse, nous enrichissons un modèle fluide de turbulence du plasma de bord afin d'inclure la relaxation collisionelle de l'écoulement vers l'équilibre des forces. Nous montrons que la contribution des effets néoclassiques permet la formation spontanée d'une barrière de transport dans les simulations en forçage par un flux. Certains éléments dynamiques similaires à la transition L-H et au mode H sont recouvrés, tels que des relaxations de la barrière, ainsi que des oscillations du champ électrique lors de la formation de la barrière. Notre analyse montre que les écoulements zonaux causent une réduction temporaire de la turbulence via le couplage non-linéaire, ce qui permet l’établissement de la barrière
The topic of this thesis is the interaction between turbulence and flows at the tokamak edge, and their influence on the confinement. Turbulence is the main contribution to the outward transport in magnetic fusion devices, and a strong limiting factor for their performance. It can be stabilised by flows, through shear-mediated decorrelation of convective cells, and through non-linear coupling. Strong shear flows causing a localised reduction of transport (transport barrier) are often observed in experiments, and several regimes of improved confinement such as the High-confinement mode are accessed routinely. There is a growing body of evidence from experiments showing that the mean flow responsible for the barrier is governed by force balance, while non-linear interplay between turbulence, turbulence-driven zonal-flows, and the mean flow occurs during the transition phase. In this thesis, we extend a fluid model for plasma edge turbulence to include collisional relaxation of flows towards force. We show that accounting for a contribution of neoclassical allows for the spontaneous formation of a transport barrier to occur in flux-driven simulation. Dynamical features reminiscent of the L-H transition and H-mode are recovered, such as relaxation-oscillations of the barrier and dithering of the radial electric field during the barrier formation. An analysis is carried out to identify the roles of zonal-flows and force balance during the transition, and it is found that in our simulations that zonal flows provide temporary quenching of the turbulence via non-linear coupling, allowing for the mean flow to grow and form the barrier

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Depret, Gilles. "Simulation eulérienne de Vlasov pour l'étude de la turbulence ionique dans les plasmas de tokamak". Nancy 1, 1999. http://www.theses.fr/1999NAN10245.

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Abstract (sommario):

La réaction de fusion thermonucléaire contrôlée est un moyen d'obtenir de l'énergie à partir de ressources pratiquement illimitées. Les fortes températures de réaction mises en jeu (quelques centaines de millions de degrés) nécessitent de confiner le plasma (gaz de particules ionisées) dans une enceinte immatérielle. Ce confinement est réalisé soit à l'aide de lasers (fusion inertielle), soit à l'aide de champs magnétiques intenses. Nous nous intéressons dans cette thèse à la fusion par confinement magnétique dans les tokamaks et notamment à une instabilité que l'on rend responsable de la dégradation du confinement : l'instabilité d'ions piégés. La configuration magnétique d'un tokamak est telle que les particules suivent les lignes de champ magnétique s'inscrivant sur des tores emboîtés les uns dans les autres. Toutefois, toutes les particules ne présentent pas le même mouvement au sein du plasma et certaines sont ainsi piégées dans des miroirs magnétiques locaux. La présence d'un gradient de température ionique favorise un transfert d'énergie onde-particule à la fréquence de précession des ions piégés et génère ainsi l'instabilité. Nous faisons appel à la simulation numérique pour son étude. Un code Vlasov utilisant une méthode originale de résolution, la méthode semi-Iagrangienne a ainsi été mis au point. La grande stabilité de ce schéma numérique et son adéquation au calcul parallèle nous ont permis de tester avec succès ce code en le comparant au modèle théorique des modes d'ions piégés pour des simulations proches du seuil d'instabilité. En particulier, les taux de croissance issus des simulations sont en très bon accord avec ceux donnés par une théorie linéaire que nous avons développée. Nous sommes donc capable de suivre le développement d'une instabilité et de la caractériser par son seuil, par son taux de croissance et par son comportement en phase de saturation (calcul du flux de chaleur).

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Norscini, Claudia. "Self-organized turbulent transport in fusion plasmas". Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4076.

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Abstract (sommario):

Barrières de transport (TB) sont un élément clé dans le contrôle de transport turbulent et atteindre la haute performance des ‘plasmas brûlants’. Les études théoriques abordent l’autorégulation de la turbulence comme une explication possible pour la formation de TB, mais une compréhension complète de ces dynamiques complexes est toujours manquante. Dans ce contexte, nous abordons l’auto-organisation dans le transport turbulent dans les plasmas de fusion dans le but de présenter une nouvelle compréhension de la dynamique des TB. Les outils numériques que nous utilisons des simulations de portée de la turbulence gyrocinétique plus complexe à simple turbulence des fluides 2D et prédateur-proie comme modèles.Deux principales caractéristiques de l'auto-organisation, les avalanches et les flux zonal (ZF), semblent contrôler transport à grande échelle. Dans la région de SOL (Scrape Off layer), événements avalancheux intermittents ne permettent pas séparation d'échelle dans le temps ou l'espace entre champs moyens et les modalités de fluctuation. Dans le bord (edge), la génération des doubles couches de cisaillement dans les profils de vitesse réduit le transport turbulent. Un modèle turbulent 2D pour la génération de ‘piedestal’, qui est non spécifique des plasmas de tokamak, a été mis au point, le piedestal étant localisée à l'interface entre les régions a différent amortissement d'écoulement zonal: edge et SOL. Les événements de relaxation quasi-périodiques sont étudiés réduisent le modèle à trois couplage des modes pour identifier l'interaction entre les streamers et les ZF et le rôle du Reynolds stress dans la génération et la saturation du TBs
Transport barriers (TB) are a key element in controlling turbulent transport and achieving high performance burning plasmas. Theoretical studies are addressing the turbulence self-regulation as a possible explanation for transport barrier formation but a complete understanding of such complex dynamics is still missing. In this context, we address self-organized turbulent transport in fusion plasmas with the aim of presenting a novel understanding of transport barriers dynamics. The numerical tools we use span simulations from the most complex gyrokinetic turbulence to simpler 2D fluid turbulence and predator-prey like models.Two features of self-organizations, avalanches and zonal flows (ZFs), appear to control large scale transport. In the SOL (Scrape Off Layer) , intermittent avalanche events do not allow for time or space scale separation between mean fields and fluctuation terms. In the edge, the generation of long living double shear layers in the profiles of the velocity reduces radial turbulent transport. Such radially distributed barriers govern profile corrugations. A 2D turbulent model for pedestal generation, which is not specific of Tokamak plasmas, has been developed, the pedestal being localized at the interface between regions with different zonal flow damping: the edge region, where zonal flows are weakly damped by collisions, and the SOL region characterized by zonal flow damping due to boundary conditions. Quasi-periodic relaxation events are studied reducing the model to three modes coupling to identify the interplay between streamers and ZFs and the role of Reynolds stress in the generation and saturation of TBs

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Coulette, David. "Simulation numérique de modèles cinétiques réduits pour l'étude de la dynamique des plasmas de fusion par confinement magnétique". Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0159/document.

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Abstract (sommario):

Ce travail de recherche s'inscrit dans la problématique de la compréhension des phénomènes de transport turbulent de l'énergie et des particules au sein des plasmas de coeur des machines de fusion thermonucléaire par confinement magnétique. L'instabilité dite de gradient de température ionique, considérée comme une des sources majeures de transport turbulent, y est étudiée au moyen d'un modèle gyrocinétique. L'originalité de ce travail consiste en l'utilisation d'un modèle réduit, dit "Multi-Water-Bag", qui permet de réduire la dimension du problème tout en préservant les effets cinétiques. Ce modèle est développé dans deux types de géométries de champ de confinement. En géométrie cylindrique, l'évolution de l'instabilité est analysée au travers de trois modèles dynamiques : linéaire, quasi-linéaire et non-linéaire. L'analyse de stabilité linéaire permet d'obtenir les caractéristiques spectrales et géométriques de l'instabilité à partir d'une situation d'équilibre instable. Dans un deuxième temps, la confrontation par le biais de simulations numériques trois modèles dynamiques permet l'examen du développement de la turbulence, ainsi que les premières étapes de la saturation de l'instabilité. En géométrie torique, une analyse linéaire de stabilité est effectuée au moyen de deux méthodes, respectivement par intégration en temps et analyse spectrale, pour obtenir les caractéristiques des modes les plus instables. Pour chacune des géométries envisagées, les diverses méthodes numériques implémentées sont décrites et leurs performances évaluées. Une attention particulière est portée tout au long de ce travail à la mise en balance des coûts et bénéfices de la réduction Multi-Water-Bag
The research exposed therein is developed in the context of the study of turbulent energy and particle transport phenomena occuring in magnetically confined fusion plasmas. A study of the ion temperature gradient instability, one of the main sources of such turbulent transport, is carried out using a gyrokinetic model. The main originality of this work lies in the use of a reduced model, the so-called Multi-Water-Bag model, which allows to reduce the problem dimension while preserving kinetic effects. The model is developed in two types of confinement field geometries. In cylindrical geometry, the growth of the instability is analysed by the mean of three dynamical models : linear, quasi-linear and non-linear. Starting from a given unstable stationary state, linear stability analysis allows one to obtain spectral and geometrical characteristics of the instability. In a second phase, comparing results of numerical simulations implementing the three dynamical models, the growth of turbulence is analysed as well as the first stages of non-linear saturation of the instability. In toroidal geometry, a linear stability analysis is performed. Two different methods, time-based and spectral, were implemented in order to obtain the spectral and geometrical characteristics of the most unstable modes. In both field geometries encompassed by this research, the numerical methods used to obtain the results are described and their performances analyzed. Throughout the work, particular care is given to the balance between the benefits and costs of the Multi-Water-Bag reduction

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Peyroux, Julien. "Simulations numériques de l'équation de Vlasov à l'aide d'outils parallèles". Nancy 1, 2005. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2005_0114_PEYROUX.pdf.

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Abstract (sommario):

Les problèmes liés à l'interaction laser-matière ou la turbulence dans les plasmas de tokamak rencontrée en fusion magnétique impliquent l'étude de plasmas de Vlasov fortement non linéaires et/ou relativistes. Le recours à des outils de simulation performants sur de puissants ordinateurs s'avère nécessaire pour mieux comprendre les mécanismes physiques mis en jeu dans ces deux domaines. Le développement de méthodes non particulaires (ou plus exactement semi-lagrangiennes) pour la résolution des équations cinétiques et en particulier pour l'Étude des interactions ondes-particules reste une voie particulièrement prometteuse compte tenu de l'importance des résultats déjà obtenus. Ce projet a pour objectif de rendre encore plus performantes les résolutions de codes Vlasov grâce à ces divers outils de parallelisation (MPI, OpenMP. . . ), Pour notre travail, un " cas test " simplifié nous a servi de base pour la construction des codes parallèles afin d'obtenir un squelette informatique qui, par la suite, pourra être réutilisé pour des modèles de plus en plus complexes (à plus de quatre variables d'espace des phases). Ce qui permettra de traiter ainsi des situations plus réalistes liées par exemple à l'injection d'impulsions ultra courtes et ultra intenses dans un plasma en fusion inertielle ou encore à l'étude de l'instabilité d'ions piégés, mécanisme maintenant admis comme étant responsable de la génération de la turbulence dans les plasmas de tokamak
The problems related to a laser-matter interaction or turbulence in takomak plasmas encountered in magnetic fusion call for a study of not strongly linear/relativist Vlasov plasmas. It becomes necessary to use powerful tools for simulation on powerful computers in order to better include/understand the physical mechanisms put in play in these two domains. The development of nonparticular (or more exactly semi-Lagrangian) methods for the resolution of kinetic equations and, in particular, for the study of the wave-particle interactions remain a particularly promising way, taking into account the importance of results already obtained. This project aims to make even more powerful the resolution of Vlasov codes through the various parallelisation tools (MPI, OpenMP. . . ). For our work, a simplified ``test case'' served for us as a base for constructing the parallel codes for obtaining a data-processing skeleton which, thereafter, could be re-used for increasingly complex models (more than four variables of phase space). What will thus make it possible to treat more realistic situations linked, for example, to the injection of ultra short and ultra intense impulses in inertial fusion plasmas, or the study of the instability of trapped ions now taken as being responsible for the generation of turbulence in tokamak plasmas

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Brochard, Frédéric David. "Caractérisation des instabilités à basse fréquence dans une colonne de plasma magnétisé et étude de leur transition à la turbulence". Nancy 1, 2004. http://www.theses.fr/2004NAN10184.

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Abstract (sommario):

Ce travail est consacré à l'étude expérimentale des instabilités à basse fréquence pouvant survenir dans une colonne de plasma magnétisé. En utilisant un limiteur à l'entrée de la colonne, nous avons observé que l'élévation du champ magnétique provoquait la transition entre un régime dominé par l'instabilité de Kelvin-Helmholtz et un régime d'ondes de dérive. Il a également été possible d'observer l'instabilité de Rayleigh-Taylor au cours de cette transition. Dans la perspective d'améliorer l'efficacité des méthodes de contrôle, dans le cadre de la recherche sur la fusion thermonucléaire contrôlée, nous avons ensuite étudié les transitions à la turbulence de ces différentes instabilités. Il apparaît pour chacune d'elles un scénario de transition similaire, dans lequel le chaos spatio-temporel résulte de l'interaction non linéaire entre deux modes de fréquences incommensurables
This work is devoted to the experimental study of low frequency instabilities that occur in a magnetized plasma column. By using a limiter at the entry of the column, a transition between the Kelvin-Helmholtz instability and drift waves is observed when the magnetic field is increased. The Rayleigh-Taylor (or centrifugal) instability, can also be observed in between. With a view to to improve the efficiency of control methods, within the framework of controlled thermonuclear fusion research, we then studied the transitions to turbulence of these various instabilities. For each of them, a similar transition scenario is observed, in which spatio-temporal chaos results from the nonlinear interaction between two modes of incommensurable frequencies

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Chasapis, Alexandros. "Étude de la reconnexion magnétique dans les plasmas turbulents à partir des données satellites". Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112205/document.

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Abstract (sommario):

La reconnexion magnétique est un mécanisme fondamental de conversion d'énergie dans le plasma. Il se déroule dans les régions minces de fort courant appelées couches de courants, et produit le chauffage et l accélération des particules. Dans un milieu turbulent, la reconnexion magnétique a été observée dans de petites structures qui se forment dans celui-ci, et on a postulé que cela contribue de façon importante la dissipation de l'énergie turbulente l'échelle cinétique. Pour ce travail, nous examinons les données des satellites Custer dans la magnétogaine de la Terre, en aval du choc quasi-parallèle. La détection des couches de courant d'échelle ionique a été réalisé par l'application de la méthode de la variance partielle des incréments (PVI) pour des satellites multiples. Les proprietées des couches de courant observées étaient différentes pour des valeurs de l'indice PVI élevées(PV I > 3) et bas (PV I < 3). Nous avons observé une population distincte de haut indice PVI (> 3) structures qui représentaient ~ 20% du total. Ces couches de courant ont une rotation du champ magnétique élevée (> 90o). Afin d'estimer le chauffage local survenant dans ces couches de courant, une estimation de la température des électrons a été obtenue à haute résolution temporelle (125ms) parles distributions d'électrons partielles mesurées par Cluster. Cela a permis pour la première fois d'étudier le chauffage d'électrons localisés dans les couches de courant d'échelle ionique. L'augmentation observée de la température des électrons estimée dans les couches de courant aux PVI élevées suggèrent qu'ils sont importants pour le chauffage local d'électrons et de dissipation d'énergie. Nous avons également examiné les mesures l'intérieur de la région de diffusion d'une couche de courant o la reconnexion magnétique est en cours. Les observations simultanées par des satellites multiples permettent aussi d'étudier les distributions d'électrons et l'activité des ondes à des distances différentes de la ligne x. Des différences significatives ont été observées dans les populations d'électrons comme ils ont été chauffés en passant par la couche de courant. En particulier, les électrons sont chauffés dans la direction parallèle au champ magnétique proximité de la ligne x, alors qu'aucune variation significative n'a été observée dans la direction perpendiculaire. Cependant,la distribution est plus isotrope en aval de la ligne x, chauffées par des électrons dans la direction perpendiculaire
Magnetic reconnection is a fundamental energy conversion process in plasma. It occurs in thin regions of strong current known as current sheets and results in particle heating and acceleration. In turbulence, which is ubiquitous in space plasma, magnetic reconnection has been observed to occur in small scale structures that form therein, and is thought to contribute to dissipation of turbulent energy at kinetic scales. For this work we examine data from the Cluster spacecraft in the Earth's magnetosheath, downstream of the quasi-parallel shock. The detection of ion-scale current sheets was performed by implementing the PartialVariance of Increments (PVI) method for multiple spacecraft. The properties of the observed current sheets were different for high (> 3) and low (< 3) values of the PVI index. We observed a distinct population of high PVI (> 3) structures that accounted for ~ 20% of the total. Those current sheets have high magneticshear (> 90degrees). In order to estimate the local heating occurring within those current sheets, a proxy of the electron temperature was obtained at high time resolution(125ms) from the partial distributions measured by Cluster. This allowed for the first time to study the localized electron heating within ion-scale currentsheets. The observed enhancement of the estimated electron temperature withinthe high PVI current sheets suggest that they are important for local electron heating and energy dissipation. We also examined measurements inside the diffusion region of a thin reconnecting current sheet. Multi-spacecraft observationsallow as to study electron distributions and wave activity at different distances from the x-line. Significant differences were observed in the electron populations as they were heated going through the current sheet. In particular electrons were heated in the direction parallel to the magnetic field in close proximity to thex-line, whereas no significant variation was observed in the perpendicular direction. However, the distribution was more isotropic downstream of the x-line with electrons heated in the perpendicular direction

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Vinogradov, Alexander. "Coherent structures from MHD to sub-ion scales in turbulent solar wind". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS612.

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Abstract (sommario):

La turbulence est un processus non linéaire de transfert d'énergie à plusieurs échelles dans un fluide. Le vent solaire est un exemple de plasma turbulent que l'on peut étudier grâce à des mesures effectuées in situ par des engins spatiaux. Les fluctuations du vent solaire sont très irrégulières et chaotiques. Des structures cohérentes de grande amplitude, localisées dans l'espace, sont présentes au-dessus d'un fond de fluctuations incohérentes. Dans cette thèse, nous apportons de nouvelles connaissances sur les propriétés des structures cohérentes dans le vent solaire à une distance proche du Soleil (0.17 au). Nous confirmons, avec les données de la sonde Parker Solar Probe (PSP), que des structures cohérentes sont présentes non seulement aux échelles MHD et ioniques, mais aussi aux échelles sub-ioniques. Nous avons pu identifier ces structures grâce à la transformée en ondelettes de Morlet. Pour la première fois, nous appliquons une analyse multi-échelle dans l'espace physique depuis les échelles MHD jusqu'aux échelles sub-ioniques. En utilisant les profils temporels du plasma et du champ magnétique, nous analysons plusieurs événements en détail. L'amplitude des structures cohérentes aux échelles MHD est élevée, comparable en magnitude au champ magnétique moyen local. Nous montrons des exemples de structures cohérentes MHD, telles que des nappes de courant et des vortex d'Alfvén. Certaines structures cohérentes MHD sont situées à l'intérieur des switchbacks ou à leurs frontières. Les structures MHD contiennent un certain nombre de sous-structures aux échelles ioniques et sub-ioniques. Ces structures ont un profil de champ magnétique typique d’un vortex d'Alfvén incompressible (à l'échelles cinétique des ions) et d’un vortex compressible (aux échelles sub-ioniques). Nous avons également étudié la fragmentation des structures cohérentes, montrant que les événements intermittents isolés aux petites échelles sont plus nombreux, tandis que le facteur de remplissage diminue de 12 % aux échelles MHD à 7 % aux échelles ioniques et 6 % aux échelles sub-ioniques. Un autre point important de cette thèse est une contribution à notre compréhension des vortex d'Alfvén. Nous avons affiné la dérivation d'un modèle de vortex d'Alfvén en fournissant une discussion détaillée des hypothèses. Nous généralisons également le modèle pour décrire les vortex d'Alfvén multipolaires. Enfin, nous expliquons comment les vortex multipolaires, décrits par des modes d'ordre différent, peuvent être superposés. Cela permet d'obtenir des solutions plus générales pour les vortex d'Alfvén que celles obtenues précédemment. Enfin, nous proposons une nouvelle méthode de classification des structures cohérentes dans le vent solaire. Cette méthode implique la comparaison statistique des structures observées avec les attentes des modèles. Les résultats obtenus avec les données PSP sont principalement cohérents avec le croisement par PSP du modèle de vortex d'Alfvén. Seule une petite fraction des structures correspond à des nappes de courant et à des trous magnétiques, contrairement aux résultats précédents obtenus avec une classification visuelle. Les résultats présentés dans cette thèse ouvrent une nouvelle fenêtre d'analyse de la turbulence en montrant l'importance des vortex d'Alfvén de la MHD jusqu'aux échelles du sub-ioniques. Il sera important d'étendre cette étude à différents types de vents et à différentes distances solaires, en particulier pour contraindre la façon dont ces vortex sont créés et comment ils évoluent dans le vent solaire. L'extension de l'analyse à des fréquences plus élevées fournira également l'information sur leur dissipation aux échelles électroniques, et donc sur leur contribution au chauffage du vent solaire
Turbulence is a nonlinear process of cross-scale energy transfer in a fluid. The solar wind is an example of a turbulent plasma available for investigation owing to in-situ spacecraft measurements. Solar wind fluctuations are highly irregular and chaotic. Above an incoherent background fluctuations high-amplitude coherent structures, localized in space, are present. In this thesis we brought a piece of a new knowledge about the properties of coherent structures in the solar wind at close distance from the Sun (0.17 au). We confirm, with Parker Solar Probe (PSP) data, that coherent structures are present not only at MHD and ion scales, but also at sub-ion scales. We could identify these structures thanks to Morlet wavelet transform. For the first time, we apply a multi-scale analysis in physical space from MHD down to sub-ion scales. Using plasma and magnetic field time profiles, we analyze several events in details. The amplitude of MHD scale coherent structures is high, comparable in magnitude with the local mean magnetic field. We show examples of MHD coherent structures with different geometries, such as current sheets and Alfvén vortices. Some of MHD coherent structures are located within switchbacks or their boundaries. MHD structures contain a number of embedded substructures at ion and sub-ion scales. The latter have smaller amplitudes and are not seen in the raw data, but can be observed after filtration in frequencies and zooming in time. These structures have a typical magnetic field profiles representing an incompressible Alfvén vortex at ion scales and compressible vortex at sub-ion scales. We also study the fragmentation of coherent structures, showing that the number of isolated intermittent events is larger at smaller scales, while the filling factor decrease from 12% at MHD scales to 7% at ion and 6% sub-ion scales. Another important point of this thesis is a contribution to our understanding of Alfvén vortices. We refined the derivation of an Alfvén vortex model by providing detailed discussion of the underlying assumptions. We also generalize the model to describe multipole Alfvén vortices. Finally, we explicit how the modes described multipole vortices of different order could be combined, or not. This provides more general Alfvén vortex solutions than derived before. Finally, we derive a new method of classification of coherent structures in the solar wind. This method involves the statistical comparison of the observed structures with expectations of models (using the amplitude anisotropy of magnetic fluctuations). The results with PSP data are dominantly consistent with the crossings of the Alfvén vortex model. Only a small fraction of the structures corresponds to current sheets and magnetic holes, in contrast with the previous results of visual classification. The results presented in this thesis open a new window of turbulence analysis by showing the importance of Alfvén vortices from MHD down to sub-ion scales. It will be worth to extend this study to different types of winds and to different solar distances, in particular to constrain how these vortices are created and how they evolve in the solar wind. Extending the analysis to higher frequencies will also provide information on their dissipation at electronic scales, so their contribution to solar wind heating

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Donnel, Peter. "Impurity transport in tokamak plasmas : gyrokinetic study of neoclassical and turbulent transport". Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0485/document.

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Abstract (sommario):

La compréhension du transport d’impuretés dans les tokamaks est cruciale. En effet, les noyaux lourds ne sont que partiellement ionisés dans le cœur du plasma, ils peuvent alors fortement rayonner et entraîner une diminution importante de la qualité du plasma. Une accumulation des impuretés au cœur du plasma est souvent observée au sein des tokamaks. Cette accumulation est souvent attribuée à la physique néoclassique mais le transport turbulent pourrait bien dominer dans la zone de gradient dans ITER. Jusqu’à récemment, le calcul des flux néoclassique et turbulent étaient réalisés de façon distincte, supposant implicitement que les deux canaux de transport sont indépendants. On peut se demander si cette hypothèse est valide.En effet, des simulations obtenues avec le code gyrocinétique GYSELA ont montré l’existence d’une synergie entre transports néoclassique et turbulent dans le cas des impuretés et un mécanisme permettant sa compréhension a été trouvé.La turbulence peut générer des asymétries poloidales. Un travail analytique permet de prédire le niveau et la structure de la partie axisymétrique du potentiel électrique. Deux mécanismes sont à l’origine des asymétries poloidales du potentiel électrique: la compressibilité du flot et le ballonnement de la turbulence.Une nouvelle prédiction du flux d’impureté néoclassique en présence d’asymétries poloidales et d’anisotropie de la pression a été réalisée. Un bon accord a été trouvé entre la nouvelle prédiction et une simulation réalisée avec GYSELA pour laquelle la turbulence est à l’origine des asymétries poloidales et de l’anisotropie de la pression
Impurity transport is an issue of utmost importance for tokamaks. Indeed high-Z materials are only partially ionized in the plasma core, so that they can lead to prohibitive radiative losses even at low concentrations, and impact dramatically plasma performance and stability. On-axis accumulation of tungsten has been widely observed in tokamaks.While the very core impurity peaking is generally attributed to neoclassical effects, turbulent transport could well dominate in the gradient region at ITER relevant collisionality. Up to recently, first principles simulations of corresponding fluxes were performed with different dedicated codes, implicitly assuming that both transport channels are separable and therefore additive. The validity of this assumption is questionned. Simulations obtained with the gyrokinetic code GYSELA have shown clear evidences of a neoclassical-turbulence synergy for impurity transport and allowed the identification of a mechanism that underly this synergy.An analytical work allows to compute the level and the structure of the axisymmetric part of the electric potential knowing the turbulence intensity. Two mechanisms are found for the generation of poloidal asymmetries of the electric potential: flow compressibility and the ballooning of the turbulence. A new prediction for the neoclassical impurity flux in presence of large poloidal asymmetries and pressure anisotropies has been derived. A fair agreement has been found between the new theoretical prediction for neoclassical impurity flux and the results of a GYSELA simulation displaying large poloidal asymmetries and pressure anisotropies induced by the presence of turbulence

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Benazzouz, Tewfik. "Modélisation numérique de plasmas en écoulements turbulents : application au cas de l'argon". Rouen, 1999. http://www.theses.fr/2000ROUES029.

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Abstract (sommario):

Cette thèse a pour thème la modélisation de gaz ionisés en écoulement turbulent avec comme application le développement d'un modèle adapté pour la prédiction des concentrations des espèces chargées et de leurs fluctuations. L'application concrète de cette thèse est donc relative à la rentrée atmosphérique d'engins spatiaux et plus particulièrement à la signature électromagnétique du sillage de ces engins. Le travail peut être découpé en trois parties : la première regroupant les chapitres 2 à 4 donne les bases de la modélisation, la deuxième (chapitres 5 à 7) développe les différents aspects numériques et la troisième (chapitres 8 à 9) présente les résultats et leurs interprétations.

Tesi sul tema "Plasmas (gaz ionisés) – Turbulence – Mesure"

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