Projet ANR-07-BLAN-0178 – EGYPT : Etude GYrocinétique des Plasmas Turbulents
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES (C.E.A.) - CENTRE D'ETUDE NUCLEAIRE DE CADARACHE (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES (C.E.A.) - CENTRE D'ETUDE NUCLEAIRE DE CADARACHE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives; Université de Strasbourg
Montant : 410000.0 euros
Date de début : 2007
Durée : 36 mois
Résumé : L'étude de la turbulence dans les plasmas de fusion est un des points de recherche fondamentale soulevés par le projet ITER. La turbulence est non seulement un défi majeur posé à la physique théorique, mais aussi le principal mécanisme qui limite les performances de confinement du dispositif. L'étude de la turbulence dans les plasmas de fusion introduit plusieurs aspects de physique qui en font un système particulièrement complexe. En premier lieu, la dynamique du plasma dépend des champs électromagnétiques, particulièrement ceux générés par le plasma lui-même. Cette situation est source d'instabilités et impose un traitement consistant du plasma et des champs électromagnétiques. Par ailleurs, la faible densité des plasmas de fusion rend les collisions négligeables imposant une description cinétique. Dans le cadre dit gyrocinétique, le calcul de la fonction de distribution de chaque espèce se fait dans l'espace des phases réduit à 5 dimensions. -  La simulation numérique de la turbulence plasma à partir d'une telle description fait appel à des outils numériques extrêmement performants dont l'optimisation aussi bien du point de vue numérique que physique reste un enjeu crucial pour atteindre la gamme de paramètres caractéristiques d'ITER. Pour travailler dans l'espace des phases, l'utilisation de très puissants moyens de calcul est requise. Face à ce défi scientifique, les Etats-Unis ont pris une place de leader en raison de leur capacité à mobiliser des équipes suffisantes associée aux calculateurs les plus puissants. Dans ce contexte, Le Département de Recherche sur la Fusion Contrôlée a développé le code GYSELA qui est considéré aujourd'hui comme l'un des plus performants. Ce code est le fruit d'une collaboration nationale de grande envergure portant sur les divers aspects numériques, mathématiques et physiques de la turbulence cinétique dans les plasmas de fusion. Il n'existe que 2 autres codes comparables en Europe, par ailleurs basés sur des principes différents. L'objectif présent est de participer pleinement au débat vigoureux qui s'est ouvert sur l'impact des erreurs inhérentes aux schémas numériques, mais aussi de développer les connaissances qui sous-tendent le régime de fonctionnement prévu dans ITER. -  Les simulations que l'on cherche à réaliser actuellement nécessitent des maillages de 4.29 1010 points et reposent sur des calculs massivement parallèles utilisant plus de 4000 processeurs. Dans ce cadre de travail, l'outil de simulation doit s'adapter au mieux à la plateforme de calcul et conditionne fortement la manière de poser le problème physique. L'effort d'optimisation peut aussi bien conduire à reformuler tout ou partie du problème physique qu'à refondre la partie numérique. -  Les problèmes doivent être systématiquement traités dans ce cadre pluridisciplinaire. Du point de vue de la physique des plasmas de fusion, l'ambition est d'explorer les lois d'échelle de cette turbulence en incluant des termes de chauffage et de collision ainsi que la physique des électrons couplée à celle des ions. Un autre objectif important est d'identifier les mécanismes conduisant à une réduction du transport turbulent, et donc une amélioration du confinement. Cette démarche conduit naturellement à la problématique du contrôle, en particulier celui des structures turbulentes et du mélange dans l'espace des phases. Dans ce cadre, l'étude théorique se fixe pour objectif de développer une méthode de réduction de l'espace des phases permettant de passer au cadre gyrocinétique tout en préservant la structure hamiltonienne du problème. Ce dernier cadre permet alors de poser de manière consistante les problèmes de contrôle hamiltonien, le choix des variables avec notamment la séparation entre variables lentes et rapides ainsi que les structures spécifiques du flot adaptées au « time splitting » des schémas numériques. Cette approche doit rester compatible avec le traitement de la quasineutralité du plasma qui détermine les champs élect