Descriptions fluide et cinétique d'une turbulence d'interchange dans un plasma magnétisé

par Emmanuel Fleurence

Thèse de doctorat en Physique des plasmas

Sous la direction de Pierre Bertrand.

Soutenue en 2005

à Nancy 1 , en partenariat avec Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Les propriétés linéaires et non-linéaires des descriptions fluide et cinétique d'une instabilité d'échange sont comparées. Le cadre général est la prédiction du transport turbulent dans les tokamaks. Le modèle cinétique étudié est à deux dimensions en espace et une en énergie. Le système fluide retenu décrit la dynamique de la densité et de la pression. La fermeture considérée, qui porte sur le flux de chaleur, est collisionnelle. Nous montrons que les équations fluides sont analogues à deux équations de type Vlasov pour deux fonctions de distribution monocinétiques. Le même code numérique est alors utilisé en régime non-linéaire pour le cinétique et le fluide. Pour des caractéristiques linéaires comparables, le niveau de transport de chaleur fluide excède de plusieurs ordres de grandeur le cinétique. Les écoulements zonaux ne permettent pas d'expliquer toutes ces différences. De fait, la fonction de distribution s'écarte notablement d'une maxwellienne, rendant caduque la fermeture adoptée. Une fermeture alternative est proposée : non-collisionnelle, elle repose sur la comparaison des taux quasi-linéaires de production d'entropie. Les contraintes permettent d'ajuster les propriétés linéaires cinétique et fluide.

  • Titre traduit

    Fluid and kinetic descriptions of an interchange turbulence in a magnetized plasma


  • Résumé

    The kinetic and fluid descriptions of the interchange instability are compared in the linear and non-linear regimes. The prediction of the turbulent transport in tokamaks is the general framework. The kinetic model is two dimensional in space, and one dimensional in energy. The fluid analogue retains the dynamics of both density and pressure. The closure, which acts on the heat flux, is collisional. The fluid system is shown to be equivalent to two Vlasov-type equations for two distinct monokinetic distribution functions. This allows one to use the same numerical tool to run non-linear simulations in kinetic and fluid. For similar linear characteristics, the level of heat turbulent transport is larger in fluid than in kinetics, by orders of magnitudes. Zonal flows do not explain the whole discrepancy. As a matter of fact, the distribution function departs significantly from a maxwellian, so that the adopted closure is failing. An alternative collisionless closure is proposed. It aims at fitting the quasi-linear entropy production rates. In this case, the kinetic and fluid linear properties can be made similar.

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  • Détails : 1 vol. (114 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 113-114

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