Soutenance de thèse de Camille BAUDOIN

La fusion nucléaire est une solution technologique prometteuse pour une nouvelle source d'énergie. Cependant, utiliser la fusion nucléaire par confinement magnétique comme source d'énergie représente un défi scientifique et technologique car cela requiert un bon confinement du plasma de cœur en même temps qu'un contrôle des flux de chaleur arrivant aux parois. Ce travail est motivé par la problématique centrale de la gestion des flux de chaleur dans les réacteurs de fusion. Cela est nécessaire pour éviter d'endommager des coûteux composants faisant face au plasma. Dans ce contexte, il est nécessaire de faire des prédictions fiables de l'étalement de la chaleur dans le but de dimensionner correctement ces futures machines. Cela appelle à un fondement théorique décrivant la manière dont l'énergie s'échappe du plasma de cœur à travers la séparatrice, et se répartit sur les composants faisant face au plasma. Pour atteindre cet objectif, la modélisation numérique est un complément nécessaire aux expériences, car ces dernières ne donnent qu'une information partielle sur l'état du plasma due à la difficulté de mesure dans un plasma à si haute température. Ce travail de thèse est dédié à l'étude numérique des différents aspects du transport de la chaleur dans le plasma de bord en utilisant les approches fluides. Le problème a été traité avec une approche graduelle en utilisant différent outils numériques. Une attention particulière est portée à deux mécanismes suspectés de jouer un grand rôle dans le transport de la chaleur : le transport intermittent due à la turbulence, établie comme un acteur majeur du transport des particules dans le plasma de bord en mode-L; et le transport convectif à large échelle par les vitesses de dérives, en particulier par les dérives de courbure. Les modèles dérivant de ce type de mécanisme ont récemment soulevé un intérêt particulier dû à leur bon accord avec les lois d'échelle expérimentales actuelles. Les premiers résultats des simulations anisothermes montrent que les caractéristiques générales de la turbulence ne sont pas drastiquement modifiées par la prise en compte de la dynamique de la température. Néanmoins ces simulations permettent de mettre en évidence l'existence d'un mécanisme d'instabilité additionnel en présence de fluctuations de température électronique et pointent l'importance des gradients de températures à l'origine de l'augmentation du cisaillement à la séparatrice, modifiant ainsi la pénétration de la turbulence dans la SOL. Finalement, les études à faible transport anormal ont montré l'existence d'un régime où la largeur de la Scrape-Off-Layer est régit par la dérive de courbure. Ce régime présente cependant des caractéristiques intrinsèques très complexes qui soulèvent la question de sa pertinence physique.

Fusion devices are a promising solution for a new source of energy. However, using fusions reaction to produce power within a magnetic confinement is a scientific and technological challenge as it requires a high confinement in the core plasma at the same time as a good control of plasma exhaust on the material walls. This work is motivated by the key problematic of power handling in fusion power plants necessary to avoid damaging the expensive plasma facing components. In this context, it is mandatory to make reliable predictions of the power spreading in order to correctly size the future Tokamaks. This calls for a theoretical ground describing the way energy escapes the core plasma through the separatrix and deposits on the PFCs. Some theoretical and experimental studies attempt to achieve such a task, however no definitive conclusion has been drawn yet, and it is still not clear what are the main mechanisms at play. To achieve this goal, numerical modelling is a necessary complement to experimental results as the latter give only an incomplete picture of the plasma state due to the difficulties inherent to measurements in the hot plasma. This PhD work has been dedicated to the study of the different aspects of the heat transport in the edge plasma using a numerical fluid approach. The problem of interest has been approached gradually using different numerical tools. Special focus was devoted to two types of mechanisms suspected to play an important role in the heat transport: turbulence established to be a major particle transport player in L-mode plasma; and the large-scale convective transport, and in particular the role of the magnetic drifts convection. The latter has drawn much attention recently as models based on such mechanisms of transport present a good agreement with the actual SOL width scaling law in the H-mode. The first results of anisothermal simulations show that the main characteristics of turbulence are not drastically modified when the temperature dynamics is included. Nevertheless, these simulations permit to highlight the existence of an additional mechanism of instability in the presence of electron temperature fluctuations and point out the role of the temperature gradient inducing the increase of the shear at the separatrix, thus impacting the penetration of turbulence into the SOL. Finally, the study at low anomalous transport show the existence of a regime where the SOL width is mainly determined by the curvature drift. However, this regime presents intrinsic characteristic very outstanding questioning its physical relevance.