Equipe Plasmas de Fusion Magnétique
Présentation
L’équipe Plasmas de fusion magnétique du Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP) développe des recherches fondamentales et appliquées au cœur de l’un des plus grands défis scientifiques et technologiques contemporains : la réalisation d’un réacteur de fusion nucléaire capable de produire de l’énergie de manière contrôlée et durable, à partir de la fusion de noyaux légers de l’hydrogène.
Créer et maintenir, dans un réacteur, les conditions nécessaires à l’entretien des réactions de fusion implique de relever des défis d’une ampleur exceptionnelle. Les grands programmes internationaux, au premier rang desquels ITER, mobilisent un large spectre de compétences : aimants supraconducteurs générant des champs magnétiques intenses, installations cryogéniques d’échelle industrielle, matériaux capables de résister à de très forts flux thermiques et à une irradiation sévère, ainsi que des outils mathématiques et numériques avancés pour la simulation des plasmas.
Au centre de cet ensemble se trouve la physique des plasmas, qui conditionne directement la performance et la viabilité des réacteurs de fusion.
Le confinement magnétique doit permettre de maintenir le cœur du plasma à des températures extrêmes (jusqu’à vingt fois celle du centre du Soleil) tout en conservant un bord suffisamment froid pour ne pas endommager les matériaux constituant les parois du réacteur. Cette coexistence de régions très chaudes et relativement froides induit des gradients de température et de densité particulièrement intenses.
Ces gradients sont à l’origine d’une grande diversité d’instabilités plasma, qui se développent et coexistent sur un large éventail d’échelles spatiales :
Echelles électroniques, de l’ordre de quelques dizaines de microns (rayon de Larmor électronique),
Echelles ioniques, de l’ordre de quelques millimètres,
Méso-échelles intermédiaires reliant la micro-physique au comportement global du plasma.
Le développement non linéaire de ces instabilités engendre une turbulence complexe, responsable d’un transport radial accru de la chaleur et des particules. Ce transport turbulent constitue l’un des principaux mécanismes de dégradation du confinement et représente un verrou majeur pour l’efficacité des plasmas de fusion.
Les travaux de l’équipe s’inscrivent directement dans cette problématique. L’objectif est de maîtriser les processus de perte d’énergie liés à la turbulence et de contrôler les instabilités qui limitent les performances des plasmas confinés magnétiquement. Cela nécessite le développement d’une compréhension approfondie de mécanismes non linéaires complexes, à l’interface entre physique fondamentale et applications pour les réacteurs.
our atteindre ces objectifs, l’équipe adopte une approche intégrée reposant sur trois piliers complémentaires :
Élaboration de modèles théoriques décrivant les instabilités et la turbulence plasma, depuis les échelles microscopiques jusqu’à leur impact macroscopique sur le confinement.
Simulations numériques avancées, capables de reproduire fidèlement les conditions expérimentales des tokamaks actuels et d’extrapoler vers les régimes de fonctionnement d’ITER et des futurs réacteurs.
Confrontation aux expériences, afin de valider les modèles, d’identifier les mécanismes dominants et de fournir des outils d’aide à l’opération et à l’optimisation des plasmas.
En contribuant à la compréhension et à la maîtrise de la turbulence plasma, l’équipe Plasmas de fusion magnétique du LPP participe activement à la levée des verrous physiques du confinement magnétique. Ses recherches visent à accompagner l’exploitation scientifique d’ITER et à préparer les bases physiques nécessaires au développement des futurs réacteurs de fusion.
Le personnel scientifique
Marie-Christine Firpo (CNRS)
Özgür Gürcan (CNRS)
Pascale Hennequin (CNRS)
Pierre Morel (Université Paris-Saclay), responsable scientifique
Laure Vermare (CNRS)
Cyrille Honoré (IR, École Polytechnique), responsable technique
Vitaliy Pisarev (IR, École Polytechnique)
Sascha Rienäcker
Pierre Guillon
Lorenzo Manfredini
Francesco Orlacchio
Lucien Marquant
Giridharan Paramasivam
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