– ESPOIR

La recherche sur l'énergie de fusion est entrée dans une nouvelle phase avec la décision de construire ITER à Cadarache. Ce projet international est un défi ambitieux et son succès crucial pour l?ensemble des partenaires ainsi que pour le pays d'accueil et la région PACA où se trouve Cadarache. L'effort de recherche conjoint de plusieurs laboratoires de la région PACA sur des problèmes ouverts pour ITER est un des éléments de réponse à ces enjeux. Parmi les questions ouvertes, celle de l'interaction plasma-paroi prend une importance croissante dans la mesure où elle recouvre un grand nombre de domaines dont la sûreté, la définition des composants de paroi jusqu?aux performances attendues du dispositif en terme de confinement. La base de notre projet est la simulation numérique de l'interaction plasma-paroi à partir des premiers principes. Cette question est particulièrement importante puisque la conception des composants faces au plasma est réalisée à partir d'un procédé d'extrapolation basé sur un code de transport ad hoc qui, entre autre, n?inclue pas de loi d?échelle pour le transport. Ce dernier est modélisé par un processus diffusif, donc local et linéaire, et ne permet pas de reproduire les propriétés connues du transport turbulent. En outre, il ne peut rendre compte des effets non linéaires exacerbés par le couplage avec la physique atomique, l'érosion des matériaux ou les bifurcations des propriétés de plasma. Le projet ESPOIR ?pour Edge Simulation of the Physics Of ITER Relevant turbulent transport- s?articule autour du développement de deux codes. L?objectif à long terme est le développement du code de nouvelle génération pour l'analyse du bord et de la physique du divertor pour remplacer les codes actuels basés sur le transport diffusif ad hoc du plasma. Bien qu'une description cinétique de la turbulence de plasma soit plus appropriée, nous avons opté pour une description fluide ce qui est déjà un défi dans la perspective d?un outil de simulation de routine avant les premières expériences sur ITER. Avec cet objectif en tête, nous avons orienté le projet d'ESPOIR vers un effort interdisciplinaire associant des physiciens spécialisés en physique des plasmas ainsi que dans l?élaboration de grands codes pour la turbulence fluide, des mathématiciens appliqués, responsables du développement numérique de grands codes, et des mathématiciens appliqués spécialisés dans l?analyse numérique des équations aux dérivées partielles et dans les schémas d?approximation numérique. Les trois partenaires du projet ont une expertise internationalement reconnue et plus de 10 ans d'expérience continue dans les simulations de la turbulence. Par ailleurs, un des participants est un expert international dans le domaine de l?interaction Plasma Paroi que ce soit la théorie ou les expériences. Un premier axe de notre projet, reposant sur un outil de simulation relativement souple (TOKAM-3D), permettra d?étudier la physique dans une géométrie cylindrique simplifiée et sera également employé comme un banc d'essai pour les méthodes numériques originales développées en collaboration avec les mathématiciens associés au projet. Le deuxième axe vise à développer le code ESPOIR, dans la géométrie d'ITER. Etant donné l'importance des moyens informatiques nécessaires, les premiers runs seront réalisées dans le cadre du projet mais l'utilisation en routine n?est envisageable que sur un plus long terme, idéalement avant le démarrage d?ITER. Parmi les problèmes physiques prioritaires, notons ceux relatifs à la largeur du canal d?énergie vers la paroi, le fuelling du plasma et la limite en densité (liée à la densité de Greenwald), enfin, les bifurcations de l'état de plasma de bord telles que le mode H ou les bifurcations radiatives. Chaque objectif est crucial pour ITER et bénéficie d?une recherche expérimentale intense y compris sur des tokamaks à section circulaire comme Tore-Supra. En outre, ces problèmes non linéaires dépendent crucialement du transport turbulent ce qui impose une description de type premier principe afin de fiabiliser des prédictions. La spécificité de notre contribution est la mise en ?uvre d?un outil documenté et référencé quant aux méthodes numériques employées et la physique retenue. Par ailleurs, son architecture permettra en un couplage efficace avec une source de particules neutres comme celle produite par le code de type Monte Carlo EIRENE, le code de référence pour les particules neutres dans ITER. Notre efforts conjoints entre laboratoires français est ainsi adossé à une collaboration européenne avec l'équipe EIRENE ainsi que les deux « task forces » européennes, Integrated Tokamak Modelling et Plasma-Wall Interaction. Le projet ESPOIR cristallise une recherche sur les problèmes clefs pour ITER avec des outils numériques performants ouvrant la possibilité pour de nouvelles analyses théoriques de l?interaction Plasma-Paroi et redynamisant la collaboration essentielle avec les expérimentateurs.