Yanick
Sarazin
Association
Euratom-CEA
CEA Cadarache,
DSM/DRFC/SCCP, bat. 513
13108 Saint-Paul-Lez-Durance
Le transport turbulent de la chaleur et des particules est un thème majeur de recherche en fusion controlée par confinement magnétique, car c'est lui qui régit les performances de la décharge en terme de temps de confinement. Il est donc crucial de pouvoir simuler une turbulence plasma afin de calculer les coefficients de transport induits par cette turbulence.
La plupart des simulations de turbulence résolvent
les équations de la mécanique des fluides en présence d'un champ
électromagnétique. Le point faible de ces simulations est qu'elles ne
décrivent pas correctement l'interaction résonnante
entre ondes et particules du plasma (résonances Landau). Une description plus
précise du problème requiert l'utilisation d'un code cinétique dans lequel les
équations fluides sont remplacées par les équations des trajectoires de
particules, ou bien par une équation cinétique. Le problème a priori 6D (3D en
espace, 3D en vitesse) peut être ramené a 5D par une moyenne sur le mouvement
cyclotronique, beaucoup plus rapide que l'échelle de la turbulence. L'équation
de Vlasov est alors remplacée par l'équation dite gyrocinetique, qui gouverne
la dynamique de la fonction de distribution des centres-guides.
Nous présenterons les difficultés inhérentes à la
résolution d'un tel problème, autant du point de vue de la physique (comment
relier les densités de charge et de courant a cette fonction de
distribution des centres-guides) que numérique
(échelles du rayon de Larmor à la taille métrique du plasma). Nous détaillerons
ensuite la méthode numérique originale utilisée, dite
"semi-lagrangienne" (suivi des
caractéristiques sur une grille fixe de l'espace des phases).
Nous montrerons enfin quelques résultats physiques
de turbulences gyrocinétiques dans des problèmes a 2D (ions piégés dans un
tokamak) et 3D (ions circulants dans un cylindre) spatiales et 1D en vitesse.