Etude spectroscopique et contrôle des plasmas magnétisés – PHOTONITER

1. Les plasmas de laboratoire ou d'astrophysique sont fréquemment affectés par des fluctuations turbulentes des variables hydrodynamiques de vitesse, température et densité. L'effet délétère de cette turbulence sur le confinement des plasmas de fusion par confinement magnétiques est maintenant bien connu. Le succès du tokamak ITER, qui sera construit dans les prochaines années à Cadarache, dépend en partie d'une meilleure compréhension des phénomènes de transport associés à la turbulence. L'influence de cette dernière sur les propriétés radiatives du plasma a été très peu étudiée. Une connaissance plus fine des propriétés radiatives en présence de turbulence permettrait d'une part de faire progresser la recherche fondamentale, et d'autre part de développer de nouveaux diagnostics de la turbulence utilisant le rayonnement. Les plasmas magnétisés de laboratoire développés au PIIM à Marseille (Mistral, Pierre et al; Phys. Rev. Lett. 2004, et Mistor, 2007) et au LPMIA à Nancy (Mirabelle) sont des outils précieux pour valider nos approches dans des conditions bien contrôlées, et dont les régimes turbulents présentent des similarités frappantes avec ceux observés dans les plasmas de bord de Tokamak (Magni et al, Phys. Rev. E, 2005). Le premier objectif de ce projet est de modéliser la signature spectroscopique de la turbulence, d'une part sur la forme des raies spectrales émises, d'autre part sur les intensités des raies. Le second objectif est la mesure simultanée de spectres (spectroscopie d'émission), de fonctions de distribution de vitesse des ions et des atomes (fluorescence induite par laser (FIL), N. Claire et al., Nonlinear Sci. and Num. Simul., 3-4, 8 (2003)), et le développement de l'imagerie ultra-rapide dans des plasmas radiatifs turbulents. De plus, les signaux d'imagerie ultra-rapide seront utilisés pour mettre en œuvre un contrôle en temps réel de la turbulence, approche introduite en physique des plasmas par plusieurs des co-auteurs de ce projet. - 2. Notre approche permettra d'obtenir à la fois des informations temporelles (intensités) et spatiales (imagerie) sur les fluctuations turbulentes, et de vérifier quelles propriétés statistiques de ces fluctuations pourraient être extraites de données moyennées, comme les profils de raie spectraux. En effet, en ce qui concerne les formes de raie spectrales, nous avons développé ces dernières années un formalisme permettant d'exprimer le spectre observé en retenant les effets de la fluctuation des variables hydrodynamiques (Y. Marandet et al., Europhys. Lett. 69, 531 (2005)). L'utilisation de la FIL devrait permettre d'obtenir des informations sur les fluctuations temporelles de la fonction de distribution de vitesse des ions, qui seront extrêmement utiles. Une mesure résolue en temps des fluctuations turbulentes peut également être obtenue en des intensités des différentes raies spectrales émises. Celles-ci sont gouvernées par les populations des niveaux atomiques des émetteurs, que l'on peut prévoir à l'aide d'un modèle collisionnel-radiatif. L'importance et la nature exacte des corrélations entre les fluctuations des paramètres plasmas aux échelles turbulentes et l'intensité émise reste cependant encore un problème largement ouvert. Le modèle auto-cohérent que nous développons à Marseille pour les mélanges H/He hors-équilibre (code SOPHIA, F. Rosmej), prend en compte l'ensemble des phénomènes, notamment le couplage des espèces différentes par l'échange de charge, les effets de diffusion et de transport anomal [F.B. Rosmej et al., Europhysics Letters 73, 342 (2006)], ainsi que les effets de transport radiatif et les électrons supra-thermiques [Escarguel et al., PPCF 49, 85 (2006)]. Des comparaisons avec des données expérimentales obtenues sur des tokamaks européens (JET, Tore Supra et TEXTOR), et sur les expériences de laboratoire seront réalisées. Les premiers résultats obtenus sur le simulateur de divertor NAGDIS à Nagoya sont très encourageants. Les signaux d'intensi