Modélisation et caractérisation expérimentale des instabilités hydrodynamiques au front d’ablation dans les premiers instants d’irradiation laser en attaque directe.

Modeling and experimental characterization of early ablative hydrodynamic instabilites in direct drive.

• Auteur / Autrice : Thibault Goudal
• Direction : Alexis Casner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, Plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 24/01/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Lasers Intenses et Applications (Bordeaux ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Hamid Kellay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexis Casner, Hamid Kellay, Marina Olazabal-Loumé, Claire Michaut, Arnaud Colaitis, Sébastien Le Pape, François Charru
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marina Olazabal-Loumé, Claire Michaut

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expériences

Simulation numérique directe

Fusion nucléaire par confinement inertiel

Double front d'ablation

Instabilités hydrodynamiques

Mots clés libres

Instabilités hydrodynamiques

Front d’ablation

Instabilité de Landau-Darrieus

Fusion par confinement inertiel

Simulation numérique

Expériences

Modélisation analytique

Hydrodynamic instabilities

Ablation front

Landau-Darrieus instability

Inertial confinement fusion

Numerical simulation

Experiments

Analytical modeling

Résumé

Les instabilités hydrodynamiques sont des phénomènes néfastes à l’obtention des conditions nécessaires à l’allumage des cibles en Fusion par Confinement Inertiel. Lorsque la capsule est accélérée, toute perturbation spatiale du front d’ablation peut croître exponentiellement sous l’influence de l’instabilité de Rayleigh-Taylor. Avant cette phase d’accélération, l’évolution de l’amplitude du front d’ablation est déterminée par les instabilités de Richtmyer-Meshkov et Landau-Darrieus. Ce travail présente au lecteur des études analy-tiques et numériques en géométrie plane permettant de décrire ces phénomènes complexes.Des expériences sur les installations OMEGA-EP et NIF ont été menées avec des mousses de faibles densités irradiées en attaque directe pour étudier l’évolution du front d’ablation sous l’influence de Ces instabilités. Parmi ces mécanismes, l’instabilité de Landau-Darrieusn’a encore jamais été observée au front d’ablation. Afin de déterminer les conditions expérimentales permettant de la mettre en évidence, un nouveau modèle analytique a été développé pour décrire l’écoulement au sein de la cible. Sous certaines hypothèses, ce modèle permet en effet d’étudier la stabilité du système à travers un modèle perturbatif linéaire et de calculer les effets de l’instabilité de Landau Darrieus sur le front d’ablation. Afin de comparer et de valider ce modèle, des calculs ont été réalisés avec le code d’hydrodynamique radiative FLASH sur des durées de plusieurs dizaines de nanosecondes.Comparé à d’autres modèles de la littérature et aux résultats des simulations, le modèle et les simulations numériques permettent de construire une stratégie expérimentale permet-tant pour la première fois l’étude de l’instabilité de Landau-Darrieus au front d’ablation.Pour accroître les chances d’observation, la taille de la zone de conduction en face avant de la cible doit être plus petite que les longueurs d’onde d’interface étudiées. Nécessitant des conditions expérimentales particulières et peu explorées jusqu’à maintenant, des expériences préliminaires ont ainsi été réalisées afin de valider nos outils numériques et notre modélisation. Les résultats d’expériences récentes réalisées sur le NIF confirment la signature d’un nouveau comportement du front d’ablation, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour l’étude de l’instabilité de Landau-Darrieus

Hydrodynamic instabilities are harmful phenomena in obtaining the conditions necessaryfor the ignition of ICF targets. When the capsule is accelerated, any spatial disturbance of the ablation front can grow exponentially under the influence of Rayleigh-Taylor insta-bility. Before this acceleration phase, the evolution of the amplitude of the ablation front is determined by the Richtmyer-Meshkov and Landau-Darrieus instabilities. This work presents to the reader analytical and numerical studies in plane geometry making it possible to describe these complex phenomena. Experiments at OMEGA-EP and NIF laser facilities were carried out using low density foams irradiated in direct drive configuration to study the evolution of the ablation front under the influence of the above mentionned instabilities. Among these mechanisms, the Landau-Darrieus instability has never beenobserved at the ablation front. In order to set up experimental conditions to demons-trate it for the first time, a new analytical model has been developed to describe the flowwithin the target. Under certain assumptions, this model makes possible to study thestability of the system through a linear perturbative model and to calculate the effectsof Landau Darrieus instability on the ablation front. In order to compare and validatethis model, calculations were carried out with the radiative hydrodynamics code FLASHover durations of several tens of nanoseconds. Compared with other models in the lite-rature and with the results of the simulations, the model and the numerical simulations allow us to construct an experimental strategy to measure for the first time the Landau-Darrieus instability growth at the ablation front. To increase the chances of observation,the size of the conduction zone must be smaller than the interface wave lengths studied.Requiring special experimental conditions that have not been explored so far, preliminary experiments were thus carried out in order to validate our numerical tools and our mo-delings. The results of recent experiments conducted on the NIF confirm the signature of a new behavior of the ablation front and open new perspectives for the study of the Landau-Darrieus instability at the ablation front.