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Les phénomènes de turbulence
dans les plasmas
Nous avons vu que le bon fonctionnement d'un réacteur thermonucléaire exige que l'intérieur du plasma soit très chaud et dense (voir critère de Lawson). On développe alors de forts gradients (différence entre le centre et le bord) de température et densité. On peut montrer théoriquement et expérimentalement qu'en augmentant les gradients, on augmente le niveau des fluctuations du champ électromagnétique bien au delà des valeur typiques qu'on observerait si le plasma se trouvait à l'équilibre thermique. Il s'agit d'un phénomène très commun, qu'on peut observer dans les fluides qu'on rencontre dans la vie quotidienne. Si on commence à chauffer de l'eau sur un fourneau, on peut noter les mouvements convectifs qui apparaissent peu après. En augmentant la puissance du feu, ces mouvements deviennent progressivement plus violents et plus irréguliers. On parle alors de turbulence. L'effet de la turbulence, dans les plasmas comme dans l'eau, est l'augmentation du transport de matière et d'énergie. Dans les conditions de fonctionnement des tokamaks, l'effet combiné des fluctuations des champs électrique et magnétique est à l'origine du transport dit anormal. Le champ électrique fluctuant donne lieu à une amplification du mouvement des particules à travers les lignes de champ. Les fluctuations magnétiques causent une distorsion des lignes des champ. Les pertes d'énergie et matière sont liées aux particules qui bougent librement le long les lignes de champ. Les films ci-contre montrent les fluctuations du champ électrique obtenues en résolvant numériquement les équations qui règlent la dynamique turbulente. On observe clairement dans le cadre (a) la formation et la destruction continue des vortex. Le cadre (b) montre le niveau de température correspondant. On peut noter les plumes de plasma chaud qui sortent et des plumes froides qui entrent. C'est un exemple du mécanisme du transport anormal. L'utilisation d'ordinateurs très puissants pour la solution des équations de la dynamique des plasmas est un domaine de recherche très actif, avec des applications en météorologie par exemple.
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Voir
le film "Evolution de la densité" (mpg, 2723 ko)
