Projet ANR-10-JCJC-0403 – MTSEPT : Interaction entre la rotation, le transport de moment et l'evolution spectrale de la turbulence dans un plasma de fusion.
Programme : JCJC : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Constituants fondamentaux de la matière, physique de la matière condensée (JCJC SIMI 4) 2010
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Ozgur GURCAN (CNRS - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR OUEST ET NORD)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique
Montant : 205000.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Ce projet porte sur l’étude théorique et expérimentale de la turbulence dans les plasmas (chauds) de fusion par confinement magnétique, en particulier dans les tokamaks. C’est en effet un enjeu majeur des recherches du domaine, en particulier pour le projet ITER: la turbulence détermine la qualité du confinement magnétique. Elle peut aussi modifier ou générer de la rotation dans le plasma, qui en retour peut affecter (diminuer) la turbulence, et le transport associé.  Au plan théorique, cette problématique nécessite d’étudier la rotation intrinsèque, le transport de moment, les phénomènes de cascade non linéaires qui déterminent la forme du spectre en nombre d’onde, son anisotropie, le couplage et l’interaction entre ces phénomènes de cascades et le transport de moment, le rôle de ce couplage sur la transition vers les régimes de bon confinement et le rôle des corrélations à grande distance. La rotation intrinsèque, en l’absence de sources de moment externe, est en effet identifiée comme un sujet de forte priorité pour ITER. De  même, le processus de Validation et la Vérification des simulations numériques directes utilisées pour préparer les scénarios d’ITER est d’une importance critique. Les spectres en nombre d’onde apparaissent comme les mesures les plus détaillées, accessibles dans les plasmas de fusion, pouvant être comparées de façon fine à ceux générés par ces codes. La compréhension de la physique qui détermine leur forme augmenterait plus sûrement la confiance dans la Validation de ces codes, que des comparaisons point par point dans le vaste domaine opérationnel des tokamaks.
Le projet se focalise sur le lien entre la physique de la rotation et le spectre de la turbulence. Il consiste à développer des modèles de cascade, qui incluent les modèles de turbulence faible, et des « shell models » anisotropes (i.e. avec une discrétisation angulaire, ou un développement multi-polaire)  ainsi qu’un  modèle simple de transport de moment qui décrit l’interaction entre rotation et turbulence (utilisant des modèles de cascade s’appuyant sur l’approximation différentielle ou la formation de shell models). Les aspects qualitatifs de ces couplages seront étudiés, et permettront la comparaison de ces modèles développés, dont la dynamique est bien comprise, avec l’expérience et la simulation directe.
Ce projet s’appuie sur une partie expérimentale, qui tire parti des développements en cours au laboratoire. Il s’agit de l’exploitation du nouveau réflectomètre Doppler DREVE, en cours  d’installation sur le tokamak Tore Supra à Cadarache, en complément du réflectomètre DIFDOP dédié aux mesures de turbulence. Ce nouveau dispositif doit permettre de mesurer les corrélations à grande distance, et détecter certaines structures du champ de vitesse.  La structure bi-dimensionnelle du spectre en nombre d’onde, et son anisotropie, sera étudiée grâce à un nouveau banc de diffusion (utilisant un laser CO2), à construire sur la machine ToriX  au laboratoire.  Enfin, il est apparu important pour le projet de dédier une tâche à la synthèse des études théoriques dans une forme accessible à l’expérience, qui permette la validation et la révision des modèles théoriques en parallèles  avec les développements de nouvelles méthodes expérimentales.
Ce projet porte donc sur des thématiques importantes pour ITER. Non qu’il s’agisse de développements technologiques, mais d’une question de physique de plasma de base. Il est ainsi conçu autour d’une question de physique générale: l’interaction entre la rotation et la turbulence dans un plasma chaud magnétisé, étudié au niveau fondamental,  mais dont la compréhension est essentielle pour le succès d’ITER.