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Modélisation cinétique des plasmas de fusion thermonucléaire

Le cadre général de cette thématique est l’étude des instabilités dans un plasma de fusion de type ITER ou LMJ.


Les instabilités évoluent non linéairement vers la turbulence. Cette turbulence favorise le transport de chaleur et de matière, jouant un rôle néfaste vis-à-vis du confinement. Il s’agit ainsi de déterminer la nature des instabilités sous-jacentes, de mettre en évidence leurs processus non linéaires de saturation, et de mettre en place d’éventuelles méthodes de contrôle.


Il faut pour cela résoudre les équations de Maxwell et calculer la réponse du plasma aux perturbations de champs. Pour évaluer cette réponse, les physiciens ont le choix entre une description fluide et une description cinétique.


Le modèle fluide (3D) fait appel aux moments de la fonction de distribution des vitesses, et nécessite une relation de « fermeture » appropriée. Cette relation de fermeture est difficile à justifier lorsque le plasma est non collisionnel, ce qui est le cas des plasmas de fusion.


Dans l’approche cinétique (6D), on étudie l’évolution de la fonction de distribution dans le temps et dans l’espace. Pour les plasmas chauds, sans collisions, l'équation qui régit l'évolution de la fonction de distribution est l'équation de Vlasov. Le traitement numérique du modèle cinétique est plus exigeant que le modèle fluide, mais il décrit correctement l'effet Landau, et donne un transport associé au flux turbulent plus proche de la réalité expérimentale que les modèles fluides. Il permet également d'éviter le problème de l'hypothèse de fermeture du modèle fluide.