Analyse spectrale des mécanismes de propagation et de dissipation de la turbulence dans les plasmas de vent solaire et de tokamaks

Cette these s’inscrit dans le cadre de l’etude des transferts spectraux dans la turbulence des plasmas magnetises. En particulier, nous nous interessons ici a la turbulence dans le vent solaire et a la turbulence dans les tokamaks. Nous nous appuyons sur des observations spatiales, des si- mulations premiers principes et des systemes dynamiques simples pour comprendre l’anisotropie et les transferts spectraux dans ces plasmas. La premiere partie de cette these s’attache a introduire le contexte commun, puis specifique a chacun de ces deux domaines et presenter les notions necessaires a la comprehension du travail presente. La seconde partie traite de la turbulence dans le vent solaire. Nous presentons premierement un travail observationnel sur la variabilite des spectres de la turbulence dans le vent solaire. Nous reprenons avec les donnees des sondes Helios et Wind l’analyse de Grappin et al. (1990, 1991) faite sur la mission Helios en tenant compte correctement de la cassure spectrale a grande echelle ce qui modifie considerablement le resultat et en particulier resserre la distribution des pentes spectrales autour du couple (5/3,3/2) pour le champ magnetique et le champ de vitesse. Un second pan observationnel du travail sur le vent solaire a ete d’etudier l’anisotropie de la turbulence dans le vent solaire en utilisant l’outil de la fonction d’autocorrelation. Nous nous inscrivons dans la suite des travaux de Matthaeus et al. (1990); Dasso et al. (2005) sur la fonc- tion d’autocorrelation. Nous proposons de nouveaux diagnostics sur les methodes statistiques utilisees, notamment les normalisations, pour construire les fonctions d’autocorrelation et exa- minons les consequences de ces normalisations sur la mesure de l’anisotropie. Nous apportons egalement un element nouveau dans le debat sur la mesure de l’anistropie de la turbulence dans les reperes lies au champ magnetique moyen local ou global. Enfin, nous etudions pour la premiere fois en 3D, les effets de l’expansion transverse du vent solaire sur sa turbulence. Ce travail utilise un schema theorique et numerique (boite en expansion) mis au point par Grappin et al. (1993); Grappin and Velli (1996), mais jamais utilise a 3D. Nos resultats principaux concernent l’evolution de l’anisotropie spectrale et de composante dans le vent, resultant de la competition entre effets non-lineaire et lineaires (effet Alfven, expansion du vent). La comparaison avec les observations montre l’efficacite du modele. Nous decrivons egalement un nouveau modele en couche qui permet d’expliquer simplement nos resultats. La troisieme et derniere partie traite des transferts spectraux dans la turbulence de tokamak. Nous presentons au lecteur le code de simulation Gysela et les mecanismes de la turbulence qui y regne. Nous apportons un nouveau diagnostic numerique pour comprendre les mecanismes de transferts radiaux de l’energie dans le cadre du champ magnetique cisaille du tokamak. Nous apportons de nouveaux elements de reponse a la question de l’organisation spectrale des avalanches. En plus du role connu du couplage toroidal dans la relaxation de l’apport d’energie des instabilites ITG vers les modes de ballonnement, nous etudions sa place dans la propagation radiale des avalanches. Nous presentons egalement un modele reduit original pour expliquer de maniere minimale les regimes de turbulence rencontres.