Doctorat en physique des plasmas (H/F)

Sujet de thèse :
Contexte scientifique général
Dans les colonnes de plasma confinées par un champ magnétique axial, l’existence de gradients radiaux de pression et de potentiel (ou d’un champ électrique radial) perpendiculaires au champ magnétique génère des écoulements azimutaux intenses. Cette configuration classique peut déclencher des instabilités centrifuges, de Kelvin-Helmholtz ou des ondes de dérive. Leur évolution non linéaire peut conduire à l’émergence de structures cohérentes à grande échelle ou à de la turbulence, entraînant un transport radial important du plasma — et donc une dégradation de son confinement. Comprendre ce transport turbulent est crucial, tant pour la recherche fondamentale que pour les applications.
Les modèles théoriques des instabilités centrifuges se limitaient jusqu’ici à des régimes où la vitesse de phase de l’instabilité est faible par rapport à la fréquence cyclotron ionique. Or, cette approximation basse fréquence ne s’applique pas à la plupart des expériences, où la vitesse de phase est du même ordre de grandeur que la fréquence cyclotron ionique. Des travaux récents étendent l’analyse de stabilité linéaire au-delà de cette approximation, en négligeant les collisions et les effets gyrovisqueux. Cependant, ce modèle ne reproduit pas certaines caractéristiques expérimentales, comme l’émergence d’un mode dominant à faible nombre de modes azimutaux (généralement 1 ou 2), et ne permet pas d’estimer précisément le transport turbulent, essentiel pour prédire les profils d’équilibre du plasma.

Objectifs et planning prévisionnel
Ce projet de thèse vise à caractériser expérimentalement les instabilités centrifuges et le transport turbulent associé dans l’expérience Von Kármán (une colonne de plasma de 1 m de long et 20 cm de diamètre, opérationnelle depuis plusieurs années). L’accent sera mis sur deux paramètres adimensionnels :
i) le rapport entre la fréquence de rotation du plasma et la fréquence cyclotron ionique (caractérisant l’influence de la magnétisation des ions) ;
ii) le rapport entre la fréquence de rotation du plasma et la fréquence de collision ion-neutre (caractérisant l’influence du frottement des neutres sur les ions).
La première année sera consacrée au développement de techniques de contrôle de la rotation du plasma pour obtenir des profils de rotation rapide et solide, permettant d’isoler les instabilités centrifuges. Ces techniques s’appuieront sur des cathodes émissives polarisées pour contrôler le profil de potentiel et générer des écoulements azimutaux intenses, comme démontré dans une thèse précédente. L’innovation réside dans l’utilisation de cathodes très émissives (jusqu’à 20 A) et d’une nouvelle source d’ionisation par micro-ondes.
La deuxième année portera sur la description expérimentale précise des vitesses de rotation et des profils d’équilibre des paramètres du plasma, notamment la caractérisation d’un champ électrique intense en bord
Voir plus sur le site emploi.cnrs.fr...