Soutenance de thèse de Eléonore GEULIN

La méthode la plus prometteuse d'alimentation des machines à fusion est d'utiliser des billes millimétriques de glace de deutérium et/ou tritium injectées dans le plasma entre 300 m/s et 2 km/s : les glaçons. Cette technique a démontré ses capacités dans les machines actuelles, mais les résultats ne sont pas extrapolables aux futures machines de plus grande taille pour lesquelles le design du système d'injection et la construction de scénarios seront essentiellement basés sur les simulations. II est donc important de combler les vides dans la chaîne de modèles allant de la fabrication des glaçons au dépôt de matière dans le plasma. Deux manques apparaissent : la modélisation du transport du glaçon de la sortie de l'injecteur jusqu'à la chambre à vide et la validation détaillée du processus d'ablation. Ce travail vise à contribuer à combler ces vides et comporte trois parties. La première décrit d'abord la physique du dépôt de matière. Sont ensuite rappelés les principaux résultats obtenus sur les machines actuelles. On décrit enfin les systèmes d'injection de glaçons prévus pour les prochaines machines devant entrer en service ou en projet. La deuxième partie traite du transport du glaçon entre l'injecteur et la chambre à vide. Les effets pris en compte dans le modèle sont la fragilisation de la glace lors des rebonds, I'augmentation de la température de celle-ci et l'érosion du glaçon. Les principaux résultats sont le ralentissement et la perte de masse du glaçon au cours du trajet, ainsi que l'énergie élastique stockée qui permet de vérifier l'intégrité du glaçon au sortir du tube. La troisième partie est une contribution à la validation détaillée du code d'ablation HPI2, en comparant ses prédictions aux images et au spectre émis localement par les nuages d'ablation. Les comparaisons simulation-expérience sont menées de deux manières différentes. La première en essayant d'extraire les densité et température des nuages des images et du spectre et en les comparant aux simulations, la seconde en calculant des spectres et images synthétiques à partir des simulations et en les comparant aux mesures. Cette méthode a permis de montrer un accord raisonnable entre les mesures et les simulations validant par la même, les hypothèses et approximations de base du modèle d'ablation sus-cité.

The most promising method for fueling fusion devices is to use millimeter ice pieces of deuterium and/or tritium injected into the plasma between 300 m/s and 2 km/s : the pellets. This technique has demonstrated its capabilities in present machines, but the results cannot be extrapolated to future larger devices where the fueling system design and scenario building will rely essentially on simulations. It is therefore important to fill the gaps in the chain of models from the manufacturing of pellets to the matter deposition in the plasma. Two gaps appear: the modelling of the transport of the pellet from the outlet of the injector to the vacuum chamber, and the detailed validation of ablation process. This work aims at helping to fill up these gaps and is composed of three parts. The first begins by describing the physics of material deposition. The main results obtained on current machines are then recalled. Finally, one describes the pellet injection systems planned for the next devices to be operated in the next decade or in project. The second part deals with the transport of the pellet between the injector and the vacuum chamber. Physical processes taken into account in the model are the ice embrittlement during bounces, the increase in its temperature and the erosion of the pellet. Main results are the slowing down and loss of mass of the pellet, as well as the stored elastic energy, which helps at checking the pellet integrity at the exit of the guide tube. The third part is a contribution to the validation in detail the ablation module of the code HPI2, by comparing its predictions to the images and spectrum emitted locally by the ablation clouds. Simulation experiment comparisons are conducted in two different ways. The first by trying to determine the density and temperature of the clouds from the images and the spectrum then comparing them to the simulations, the second by calculating synthetic spectra and images and comparing them to the measurements. This second method showed a reasonable agreement between the measurements and the simulations which validates the main assumptions and approximations at the basis of the above mentioned ablation model.