Turbulence auto-organisée dans les tokamaks et les étoiles : construire des modèles réduits au-delà de la séparation d’échelles

Cette thèse vise à mieux comprendre et modéliser le transport turbulent dans les plasmas de fusion et les enveloppes des étoiles. La turbulence y génère des structures à grande échelle qui influencent les flux de chaleur, de particules et d’énergie. Les modèles actuels, plus simples et moins coûteux que les simulations complètes, reposent sur une séparation entre les fluctuations rapides et les évolutions lentes. Cependant, cette hypothèse montre ses limites dans les régimes proches de la stabilité marginale des plasmas et dans la convection stellaire.
En fusion, les modèles réduits sous-estiment le transport turbulent par rapport aux simulations de référence. En astrophysique, les modèles prédisent des mouvements convectifs plus énergétiques que ceux déduits des observations du Soleil. L’objectif de la thèse est donc de développer de nouveaux modèles réduits, plus précis et mieux fondés physiquement. Ces modèles devront prendre en compte la non-localité, la mémoire, l’intermittence et le couplage entre la turbulence et les structures à grande échelle. Le projet s’appuiera sur les codes de simulation GYSELA, ASH et DYABLO, ainsi que sur les bases de données numériques existantes. Il cherchera également à identifier les mécanismes communs entre la turbulence des plasmas de fusion et celle des enveloppes stellaires. Une attention particulière sera portée aux effets de la rotation et des champs magnétiques sur le transport turbulent. Les résultats attendus comprennent de nouvelles fermetures physiques et des modèles améliorés pour la convection stellaire et le transport dans les tokamaks. Leur validité sera évaluée grâce à des simulations et à l’analyse des flux, des transferts d’énergie et des structures turbulentes. Cette recherche contribuera aux missions du CEA, notamment à la préparation d’ITER et à la conception des futurs réacteurs de fusion. Enfin, elle renforcera la collaboration entre les équipes d’astrophysique et de fusion, avec pour objectif la publication de deux à trois articles scientifiques.

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Direction d’Astrophysique
Laboratoire : Laboratoire de dynamique des étoiles des (Exo) planètes et de leur environnement
Ecole doctorale : Astronomie et Astrophysique d’Île de France (ED A&A)
Directeur de thèse : Strugarek Antoine
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/DAP/LDE3

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Direction d’Astrophysique