One single static measurement predicts wave localization in complex structures

A recent theoretical breakthrough has brought a new tool, called \emph{localization landscape}, to predict the localization regions of vibration modes in complex or disordered systems. Here, we report on the first experiment which measures the localization landscape and demonstrates its predictive power. Holographic measurement of the static deformation under uniform load of a thin plate with complex geometry provides direct access to the landscape function. When put in vibration, this system shows modes precisely confined within the sub-regions delineated by the landscape function. Also the maxima of this function match the measured eigenfrequencies, while the minima of the valley network gives the frequencies at which modes become extended. This approach fully characterizes the low frequency spectrum of a complex structure from a single static measurement. It paves the way to the control and engineering of eigenmodes in any vibratory system, especially where a structural or microscopic description is not accessible.Comment: 5 pages, 4 figure

Réduction de modèle pour la turbulence du plasma de tokamak : au-delà des descriptions fluides et quasi-linéaires

The optimization and control of tokamak plasmas requires predicting the transport of matter and heat in a way that is both efficient and accurate. Triggered by kinetic instabilities, turbulence saturates through the interaction of several scales. From the small scale of vortices, to the feedback on the profiles, passing through the spontaneous generation of zonal flows and the ballistic transit of avalanches, everything conspires and self-organizes. First-principles simulation codes like GYSELA solve the evolution of the gyro-kinetic distribution function. This path may be faithful, but it is insufficiently effective. The description should be reduced.The suppression of velocity dimensions occurs through the problem of the non-collisional closure of fluid equations. Previous approaches are extended and generalized by drawing on the literature of dynamic systems analysis and control theory. In particular, we apply the methods of reduction by balanced truncation and by rational interpolation to the one-dimensional linear Vlasov–Poisson model. The interpolation method is distinguished by its low cost and ease of use, opening up prospects for modeling more complex phenomena.L’optimisation et le contrôle des plasmas de tokamak demande de prédire le transport de matière et de chaleur de manière à la fois efficace et fidèle. Déclenchée par des instabilités cinétiques, la turbulence sature par l’interaction de plusieurs échelles. Depuis la petite échelle des tourbillons, jusqu’à la rétro-action sur les profils, en passant par la génération spontanée d’écoulements zonaux et par le transit balistique d’avalanches, tout conspire et s’auto-organise. Des codes de simulation « premiers principes » comme GYSELA résolvent l’évolution de la fonction de distribution gyro-cinétique. Cette voie a beau être fidèle, elle est insuffisamment efficace. Il faut réduire la description.La suppression des dimensions de vitesse intervient à travers le problème de la fermeture non-collisionelle des équations fluides. Les approches antérieures sont étendues et généralisées en faisant appel à la littérature d’analyse des systèmes dynamiques et de théorie du contrôle. En particulier, nous appliquons les méthodes de réduction par troncature équilibrée et par interpolation rationnelle au modèle Vlasov–Poisson unidimensionnel linéaire. La méthode d’interpolation se distingue par son faible coût et sa facilité d’utilisation, ouvrant des perspectives pour la modélisation de phénomènes plus complexes

Réduction de modèle pour la turbulence du plasma de tokamak : au-delà des descriptions fluides et quasi-linéaires

The optimization and control of tokamak plasmas requires predicting the transport of matter and heat in a way that is both efficient and accurate. Triggered by kinetic instabilities, turbulence saturates through the interaction of several scales. From the small scale of vortices, to the feedback on the profiles, passing through the spontaneous generation of zonal flows and the ballistic transit of avalanches, everything conspires and self-organizes. First-principles simulation codes like GYSELA solve the evolution of the gyro-kinetic distribution function. This path may be faithful, but it is insufficiently effective. The description should be reduced.The suppression of velocity dimensions occurs through the problem of the non-collisional closure of fluid equations. Previous approaches are extended and generalized by drawing on the literature of dynamic systems analysis and control theory. In particular, we apply the methods of reduction by balanced truncation and by rational interpolation to the one-dimensional linear Vlasov–Poisson model. The interpolation method is distinguished by its low cost and ease of use, opening up prospects for modeling more complex phenomena.L’optimisation et le contrôle des plasmas de tokamak demande de prédire le transport de matière et de chaleur de manière à la fois efficace et fidèle. Déclenchée par des instabilités cinétiques, la turbulence sature par l’interaction de plusieurs échelles. Depuis la petite échelle des tourbillons, jusqu’à la rétro-action sur les profils, en passant par la génération spontanée d’écoulements zonaux et par le transit balistique d’avalanches, tout conspire et s’auto-organise. Des codes de simulation « premiers principes » comme GYSELA résolvent l’évolution de la fonction de distribution gyro-cinétique. Cette voie a beau être fidèle, elle est insuffisamment efficace. Il faut réduire la description.La suppression des dimensions de vitesse intervient à travers le problème de la fermeture non-collisionelle des équations fluides. Les approches antérieures sont étendues et généralisées en faisant appel à la littérature d’analyse des systèmes dynamiques et de théorie du contrôle. En particulier, nous appliquons les méthodes de réduction par troncature équilibrée et par interpolation rationnelle au modèle Vlasov–Poisson unidimensionnel linéaire. La méthode d’interpolation se distingue par son faible coût et sa facilité d’utilisation, ouvrant des perspectives pour la modélisation de phénomènes plus complexes

Réduction de modèle pour la turbulence dans les plasmas de tokamak : au-delà des prescriptions fluides et quasi-linéaires

Le contrôle des plasmas de tokamak demande de prédire le transport de chaleur de manière efficace et fidèle. Déclenchée par des instabilités cinétiques, la turbulence sature par l'interaction de plusieurs échelles. Les codes premiers principes comme GYSELA résolvent l'évolution de la fonction de distribution gyro-cinétique. Il faut réduire la description. La suppression des dimensions de vitesse intervient à travers le problème de la fermeture non-collisionelle des équations fluides. Les approches antérieures sont étendues et généralisées en faisant appel à la littérature d'analyse des systèmes dynamiques et de théorie du contrôle. En particulier, nous appliquons la méthode de réduction par interpolation rationnelle au modèle Vlasov-Poisson linéaire. Celle-ci ouvre des perspectives pour la modélisation de phénomènes plus complexes. La théorie quasi-linéaire est un passage obligé dans l'abstraction des effets turbulents. Les résultats de simulations non-linéaire par GYSELA sont analysés afin d'identifier la robustesse des propriétés quasi-linéaires des filaments turbulents. Les résultats quasi-linéaires clés sont qualitativement validés. Les vitesses et formes des filaments sont calculées, et correspondent aux vitesses de groupe et aux modes propres attendus. Toutefois, le spectre du potentiel électrique turbulent doit être spécifié. Un modèle de cinétique d'ondes est établi pour comprendre les conséquences du déplacement des filaments turbulents sur les écoulements zonaux. Apparaissent des dynamiques couplées instables munies d'une propagation radiale balistique. Celles-ci partagent plusieurs propriétés avec les avalanches observées dans les simulations non-linéaires.Optimal control of tokamak plasmas requires efficient and accurate prediction of heat and matter transport. Growing from kinetic resonant instabilities, turbulence saturates by involving many scales, from the small vortex up to the back-reaction on the density and temperature profiles. Self-organisation processes are of particular interest, encompassing spontaneous zonal flow genera- tion and transport by avalanche. First principle numerical simulation codes like GYSELA allow studying the gyro-kinetic evolution of the particle distribution function. The large model size and cost prompts the need for reduction. Removing velocity dimensions is the so-called collisionless closure problem for fluid equations. Earlier approaches are extended and generalised by calling to the dynamical systems and optimal control litterature. In particular, we apply the balanced truncation and rational interpolation to the one-dimensional linear VlasovPoisson problem. The interpolation method features a cheap and versatile formulation, opening the door to wider use for more complex phenomena. Quasi-linear theory is the reference model for turbulent effects. The GYSELA three-dimensional output is analysed to estimate the robustness of linear properties in turbulent filaments. Key quasi-linear quantities carry over to the non-linear regime. Effective velocities and shape of turbulent structures are computed, and match expected group velocities and linear eigenmode. Nevertheless, the turbulent potential spectrum must be specified externally to quasi- linear models. This results in radially travelling unstable linear solutions that share many properties of turbulent avalanches seen in numerical simulations

Pour une gestion intégrée de la menace terroriste dans les transports ferroviaires: Enseignements des politiques publiques de gestion des risques

Les infrastructures de transport représentent des cibles privilégiées des attaques terroristes mais aussi des espaces de flux permettant la surveillance d’individus suspects. Alors que cette menace n’est ni probabilisable ni localisable facilement, la logique de durcissement des cibles est mise à mal par les enjeux économiques et sociaux des transports ferroviaires. En effet, ces derniers ont été conçus pour faciliter, à un coût supportable, les déplacements dans une société qui valorise le temps. Pour construire dans ce secteur une politique de gestion de la menace terroriste à long terme, allant de mesures de prévention jusqu’à des actions de résilience, et en s’appuyant sur les enseignements issus de la gestion d’autres risques civils, quatre pistes d’actions sont proposées : élaborer une doctrine de sûreté à l’échelle européenne, créer une gouvernance interministérielle, utiliser les technologies à bon escient, et enfin donner sa place à l’ingénieur dans ce champ de l’action publique

Investigation of tokamak turbulent avalanches using wave-kinetic formulation in toroidal geometry

International audienceThe interplay between toroidal drift wave turbulence and tokamak profiles is investigated using a wave-kinetic description. The coupled system is used to investigate the interplay between marginally stable toroidal drift-wave turbulence and geodesic-acoustic modes (GAM). The coupled system is found to be unstable. Notably, the most unstable mode corresponds to the resonance between the turbulent wave radial group velocity and the GAM phase velocity. For a low-field-side ballooned drift wave growth, a background flow shear breaks the symmetry between inwards-and outwards-travelling instabilities. This mechanism is generic and displays many of the features expected for avalanches in developed tokamak turbulence

Investigation of tokamak turbulent avalanches using wave-kinetic formulation in toroidal geometry

International audienceThe interplay between toroidal drift wave turbulence and tokamak profiles is investigated using a wave-kinetic description. The coupled system is used to investigate the interplay between marginally stable toroidal drift-wave turbulence and geodesic-acoustic modes (GAM). The coupled system is found to be unstable. Notably, the most unstable mode corresponds to the resonance between the turbulent wave radial group velocity and the GAM phase velocity. For a low-field-side ballooned drift wave growth, a background flow shear breaks the symmetry between inwards-and outwards-travelling instabilities. This mechanism is generic and displays many of the features expected for avalanches in developed tokamak turbulence

Transport in Fusion Plasmas: Is the Tail Wagging the Dog?

International audienc

Transport in Fusion Plasmas: Is the Tail Wagging the Dog?

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