DOCTORAT D’ETAT
ES-Sciences Physique

Par
AZIZ RAOUAK

Spécialité : Physique des Plasmas & Modélisation de la Production d’Energie par Fusion Thermonucléaire Contrôlée

Thème : Contribution à la Modélisation et Simulation
du Transport Anormal d'un Plasma Confiné de Tokamak :
Textor & Iter

Date : le Samedi 07 Juillet 2007 à 10 h à l’Amphi II devant le jury constitué de :
Pr A. Boulezhar Faculté des Sciences Ain Chock Casablanca; Président
Pr A. Benyossef Faculté des Sciences Agdal Rabat; Rapporteur
Pr Y.Boughaleb Doyen Faculté des Sciences El jadida; Rapporteur
Pr M.Saidi Faculté des Sciences Agdal Rabat; Examinateur
Pr Makhoute Faculté des Sciences Meknès; Examinateur
Pr A. Dezairi Faculté des Sciences Ben Msik Casablanca; Examinateur
Pr H.Lassiri Faculté des Sciences Ain Chock Casablanca; Examinateur
Dr Ingenieur M. Mellal OCP, Président Directeur Genéral Sifaum; Invité
Pr D.Saifaoui Faculté des Sciences Ain Chock Casablanca; Directeur de thèse

Résumé
Parmi les obstacles qui sont contre la réussite de la fusion contrôlée d’un plasma dans le réacteur tokamak il y a le transport anormal (fuites des particules et de l’énergie à travers les surfaces magnétiques) qui est dû à la destruction des surfaces magnétiques et par conséquent la dégradation du confinement du plasma dans le réacteur. Les phénomènes physiques qui sont responsables en partie de ce transport anormal, nous avons la diffusion stochastique des lignes de champ magnétiques à travers les surfaces magnétiques, la turbulence électrostatique et magnétique dans le plasma confiné et le gradient de la température qui génère des convections qui contribuent à la destruction des surfaces magnétiques.
La dynamique des lignes de champ magnétique sous l’effet de perturbation a été modélisée selon une formulation mapping, la théorie de KAM se présente très adéquate pour expliquer le comportement des lignes de champ. En effet, il se produit une transition de la stochasticité partielle vers le chaos global, au delà d’une certaine valeur de perturbation, qui peut être toujours liée au paramètre de Chirikov, tel paramètre qui joue un rôle très important dans l’étude des instabilités dans le tokamak.
Pour étudier la turbulence électrostatique et magnétique, nous avons modélisé la dynamique des particules sur la base du mouvement du centre guide des particules, et en tenant compte des forces en actions. D’autre part, nous sommes passés à une description hamiltonienne de la dynamique des plasmas, sachant bien que cette approche nous a donné l’avantage de choisir l’espace de phase approprié pour simuler nos trajectoires. Les résultats les plus importants montrent qu’en réponse aux fluctuations électrostatiques, les trajectoires des particules s’inscrivent sur des îlots électrostatiques et ces trajectoires restent toujours intégrables pour des faibles amplitudes de perturbations électrostatiques. Si le nombre de modes augmente, il y’a apparition de régions stochastiques qui explorent une portion très importante jusqu’à la stochasticité globale. L’apparition des ces îlots magnétiques favorisent le transport anormal et affectent le confinement du plasma dans le réacteur.
Ainsi, en présence de la perturbation électrique et pour le profil normal du facteur de sécurité q, la stochasticité de la trajectoire augmente et c'est la cause principale de la diffusion des particules à travers les surfaces magnétiques. Toutefois pour le cas du cisaillement reversé, le résultat le plus important est la formation impressionnante d'une barrière de transport, qui est localisée près de la valeur minimale de q (q est le facteur de sécurité). Cette barrière joue un rôle très important dans l'amélioration du confinement du plasma tout en empêchant sa diffusion radiale. Pour évaluer quantitativement la diffusion, nous simulons à partir des équations de mapping, le coefficient de diffusion dans le cas normal et reversé et nous traçons le rapport qui montre une réduction propre de la diffusion observée dans le profil du cisaillement magnétique reversé. Par conséquent, la diffusion diminue, le confinement s'améliore et le control des réacteurs à fusion qui fonctionnent dans ces modes permet la réduction du transport anormal des tokamaks.
Mots clefs : Tokamak, Plasma confiné, Transport anormal, Turbulence, Diffusion, Cisaillement reversé, Surfaces magnétiques, Facteur de sécurité, Stochasticité, îlots magnétiques, Amélioration du confinement.