Nonlinear Dynamics of Magnetic Islands Imbedded in Small-Scale Turbulence

International audienceThe nonlinear dynamics of magnetic tearing islands imbedded in a pressure gradient driven turbulence is investigated numerically in a reduced magnetohydrodynamic model. The study reveals regimes where the linear and nonlinear phases of the tearing instability are controlled by the properties of the pressure gradient. In these regimes, the interplay between the pressure and the magnetic flux determines the dynamics of the saturated state. A secondary instability can occur and strongly modify the magnetic island dynamics by triggering a poloidal rotation. It is shown that the complex nonlinear interaction between the islands and turbulence is nonlocal and involves small scales

Modélisation et simulation de l'interaction multi-échelles entre îlots magnétiques et la microturbulence dans les plasmas de fusion magnétisés

In a tokamak, it exists many kind of instability at the origin of a dammage of the confinement and worst of a lost of a confinement. This phd presents a study of the dynamics of a magnetic island in presence of turbulence in magnetized plasmas. More precisely, the goal is to understand the multi-scales interaction between turbulence, generated by a pressure gradient and the magnetic field curvature, and a magnetic island formed thanks to a tearing mode. Thanks to the derivation of a 2D slab model takking account both tearing and interchange instabilities, theoretical and numerical linear studies show the pressure effect on the magnetic island linear formation and show interchange modes are stabilized in presence of a strong magnetic field. Then, a numerical nonlinear study is presented in order to understand how the interchange mechanism affects the nonlinear dynamics of a magnetic island. It is showned that the pressure gradient and the magnetic field curvature affect strongly the nonlinear evolution of a magnetic island through dynamics bifurcations. The nature of these bifurcations should be characterized in fonction of the linear situation. Finally, the last part of this phd is devoted to the study of the origin of the nonlinear poloidal rotation of the magnetic island. A model giving the different contributions to the rotation is derived. It is showned, thanks to the model and to the numerical studies, that the nonlinear rotation of the island is mainly governed by the E x B poloidal ow and/or by the nonlinear diamagnetic drift.Un tokamak est le siège de diverses instabilités qui peuvent être à l'origine d'une dégradation du confinement magnétique. Cette thèse porte sur l'étude de la dynamique d'un îlot magnétique en présence de turbulence dans les plasmas magnétisés. Plus précisément, il s'agit de comprendre la nature de l'interaction multi-échelle entre la turbulence, générée par un gradient de pression et la courbure du champ magnétique, et un îlot magnétique formé par un mode de déchirement classique. Grâce à la déduction d'un modèle 2D prenant en compte ces deux sources d'instabilité, des études linéaires analytiques et numériques permettent de comprendre l'effet de la pression sur la phase de croissance linéaire d'un îlot magnétique et mettent en évidence la stabilisation des modes interchanges en présence d'un champ magnétique. Ensuite, des simulations non-linéaires du modèle sont présentées pour comprendre comment le mécanisme d'interchange affecte la dynamique non-linéaire d'un îlot magnétique. De façon générale, le gradient de pression et la courbure du champ magnétique affectent fortement l'évolution non-linéaire de l'îlot magnétique permettant l'apparition de bifurcations dynamiques dont la nature doit être caractérisée suivant les situations dans lesquelles on se place. Enfin, la dernière partie de cette thèse est dédiée à l'étude de la rotation poloïdale de l'îlot magnétique. La déduction d'un modèle permettant de mettre en évidence les différentes origines possibles de la rotation est présentée. Il apparaît clairement que la rotation non-linéaire de l'îlot magnétique peut être gouvernée par l'écoulement poloïdal E x B et/ou par l'écoulement non-linéaire diamagnétique

Evaluating the uncertainty for a complex experiment:the case of the plasma potential measurement

International audienc

Ion temperature profile importance in collisional sheath modelling

International audienceA plasma fluid model is being developed for the simulation of a direct current plasma discharge simulation including the sheath regions. The code uses a second order centered finite difference scheme and time integration is done by strong stability preserving third order Runge-Kutta method. The separation of scalar and vectorial quantities in two different grids gives stable results. After validation by comparison with theoretical ion sheath profiles, a one dimensional direct current argon discharge was simulated and compared to 1D3v particle-in-cell simulation results. It is shown that the inclusion of a non constant ion temperature profile is mandatory in fluid models in order to recover correct increase of ion velocity in sheaths and thus to simulate direct current (DC) discharges where collisions are not negligible in the sheaths