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Accueil > Interactions > Interdisciplinaires > Fusion nucléaire : modélisation et simulation

Fusion nucléaire : modélisation et simulation    en

- Equipe : Equations aux dérivées partielles et théorie du contrôle
- Contact : Eric Sonnendrücker
- Site web du projet

 vue 3D du potentiel électrique dans un Tokamak. Une réaction de fusion nucléaire correspond à la fusion de deux noyaux légers en un plus lourd et produit une grande quantité d’énergie. La fusion est la base de l’énergie des étoiles dans lequel un confinement à une densité suffisante est fournie par leur masse. La recherche sur la fusion contrôlée sur Terre envisage deux approches. D’une part la fusion par confinement inertiel qui vise à atteindre une densité très élevée pendant un temps relativement court en tirant sur une capsule de deutérium et de tritium avec des lasers. D’autre part la fusion par confinement magnétique qui consiste à confiner le plasma avec un champ magnétique à une densité plus faible, mais pendant un temps plus long. Cette dernière approche est poursuivie dans le projet ITER dont la construction vient de commencer à Cadarache, près d’Aix en Provence.

Pour que cette expérience réussisse beaucoup de progrès restent à fait en vue d’une bonne compréhension de la physique sous-jacente. Cela nécessite l’utilisation de modèles complexes et des simulations numériques intensives sur les supercalculateurs les plus puissants du moment. La compréhension de ces problèmes de physique nécessite donc également de réfléchir à de nombreux sujets de recherche en mathématiques appliquées et en informatique. Au-delà de la physique des plasmas magnétisés académiques qui reste complexe et source de nombreux problèmes ouverts, la simulation d’un dispositif aussi complexe qu’un tokamak est particulièrement exigeante. Les modèles sont complexes et pas toujours bien définis. Les simulations sont souvent effectuées dans des géométries compliquées et sur des échelles de temps et d’espace très disparates. Pour cette raison, des méthodes numériques sophistiquées et l’optimisation fine des codes sont nécessaires. Cela ne peut être fait efficacement sans une très étroite collaboration entre physiciens, mathématiciens appliqués et informaticiens.

Deux principaux modèles sont utilisés pour la description des plasmas, des modèles fluides et des modèles cinétiques plus précis, qui se composent de l’équation de Vlasov décrivant l’évolution de chaque espèce de particules dans l’espace de phase couplé avec les équations de Maxwell pour le calcul auto-cohérent des champs électromagnétiques. Une des difficultés majeures de ce modèle est qu’il est posé dans l’espace de phase qui a le double de la dimension de l’espace physique et donc forcément conduit à des problèmes de calcul très grands lorsque la physique pertinente doit être abordée. Notre équipe développe en collaboration avec des physiciens du CEA de Cadarache le code GYSELA, qui a été optimisé pour fonctionner efficacement sur plus de 60 000 coeurs de calcul et travaille également sur le développement plus amont de méthodes numériques et la compréhension mathématique des modèles de la physique des plasmas.

Dernière mise à jour le 14-12-2011