Soutenance de thèse de GRONDIN--EXBRAYAT Alodie

Résumé de la thèse

Cette thèse porte sur l'étude de la dynamique non linéaire de l'instabilité en arête de poisson, un mode de particules énergétiques (EPM fishbone) déclenché par les gradients dans la distribution des particules énergétiques (EP) profondément piégées, dont la caractéristique est déterminée par la dynamique des EP en tant que fréquence. Cette instabilité entraîne un transport des particules énergétiques dans le tokamak, ce qui dégrade les performances de confinement et réduit l'efficacité globale de l'installation.
À l'aide d'un modèle hybride cinétique-MHD réduit, ce travail analyse l'effet les non-linéarités dans la dynamique des EP et la réponse thermique du plasma agissent sur l'évolution de la saturation et de la fréquence (évolution de la fréquence au cours du temps). Un modèle théorique simplifié est d'abord dérivé, réduisant l'espace de phase des EP à un couple angle/action en se concentrant sur la résonance avec la fréquence de précession toroïdale. Le modèle hybride traite les EP de manière non perturbative, permettant à la structure modale et à la fréquence d'émerger de manière cohérente. La mise en œuvre numérique est ensuite comparée, soulignant les différences fondamentales entre le mode de kink interne résistif et l'EPM fishbone : alors que le kink est entraîné par le profil de courant d'équilibre et résonne à la surface q = 1, le fishbone est un mode cinétique résonnant global déstabilisé par le gradient de la fonction de distribution des EP.
L'analyse non linéaire démontre que les non-linéarités cinétiques de l'EP sont essentielles pour la saturation dans le cas de l'EPM. Les non-linéarités MHD, en particulier la génération non linéaire d'un flux zonal, ont un impact important sur la dynamique du mode en modifiant la synchronisation entre la précession de l'EP et la fréquence du mode. Cet effet empêche la diminution de fréquence, prolonge l'interaction résonante et augmente le niveau de saturation. La redistribution EP qui en résulte aplatit la fonction de distribution à l'intérieur de la surface q = 1. Ces mécanismes semblent persister pour un entraînement EP plus élevé (loin du seuil), bien que tous les processus se produisent à des échelles de temps plus rapides.
Enfin, le mode de kink résistif interne est analysé en présence d'EP. À haute résistivité, le kink domine et sature par reconnexion magnétique, ce qui forme un îlot magnétique et aplatit le profil de courant. L'EP peut interagir avec le mode, mais ne modifie pas fondamentalement le mécanisme de saturation du kink. Cela contraste fortement avec l'EPM fishbone, qui ne repose pas sur la reconnexion, mais plutôt sur le transport EP.
Enfin, l'étude met en évidence les mécanismes de saturation non linéaires distincts, des modes kink entraînés par le courant et des modes fishbone entraînés par la pression, soulignant l'importance centrale du couplage cinétique-MHD non linéaire dans le comportement des EPM dans les tokamaks.