Les réacteurs à fusion thermonucléaire sont une des solutions à moyen - long terme pour transiter vers un monde dominé par des énergies décarbonées. Les réactions de fusion requièrent des températures si extrêmes que le plasma d'isotopes d'hydrogène doit être confiné magnétiquement dans une forme torique. Le maintien d'un tel niveau élevé de confinement des particules et de l'énergie reste un problème clé. Les réacteurs devraient opérer dans un régime de confinement avancé, le mode H, dans lequel le transport turbulent est réduit par la présence d'une barrière de transport dans le plasma de bord. Ce régime est observé dans toutes les machines actuelles mais demeure en partie incompris. Dans cette thèse, plusieurs mécanismes impliqués dans la transition vers le mode H sont étudiés. Pour cela, plusieurs outils de simulation numériques sont utilisés avec une complexité croissante. Des mécanismes de base, supposés jouer un rôle dans le développement des barrières de transport et impacter la turbulence, sont détaillés et analysés avec des modèles simples. En allant vers des modèles plus complexes, la pertinence de cette physique pour le mode H est discutée au regard des observations expérimentales. La géométrie magnétique et notamment le cisaillement magnétique sont en particulier désignés comme étant des acteurs clés. / Thermonuclear fusion reactors are one of the mid to long term solutions to transit towards a world dominated by carbon-free energy. Extreme temperatures are required for fusion reactions and the plasma of hydrogen isotopes must be magnetically confined in a torus shape. Sustaining such high level of particle and energy confinements is a key issue. Reactors are expected to operate in a high confinement regime - the H-mode - in which turbulent transport is reduced by the presence of a transport barrier in the edge plasma. This regime is observed in all current devices but remains largely miss-understood. In this thesis, we investigate several mechanisms involved in the transition towards H-mode. For that purpose, we use a range of numerical simulation tools of increasing complexity. Using simple models, we first highlight and analyze basic mechanisms likely to play a role in the on-set of transport barriers and in their impact on turbulence. Moving progressively to more complex models, we discuss the relevance of these physics in explaining experimental observations. The magnetic geometry and especially the magnetic shear are pointed out as key players.

Dans l'optique de produire de l'énergie à travers les réactions de fusion, nous sommes amenés à étudier des phénomènes physiques qui ont lieux dans les tokamaks. Les instabilités qui existent dans les tokamaks peuvent fortement dégrader le confinement et ont un impacte sur le fonctionnement de futurs réactions à fusion. Des mesures révèlent un fort transport radial. Même si ce transport radial est en partie est une conséquence des collisions, l'instabilité d'interchange est la source dominante à ce transport puisque le type de plasmas nous intéressant sont faiblement collisionnels. Dans la limite non collisionnelle, la description hamiltonienne permet de décrire le système dynamique des particules du plasmas dans un champ électromagnétique. Nous donnons de l'importance à cette description afin de pouvoir accéder aux outils hamiltoniens.Nous travaillons sur la modélisation et le contrôle hamiltonien du transport radial. Après avoir écrit le modèle hamiltonien des particules d'un plasma magnétisé, nous introduisons les réductions de ce modèle lagrangien en modèles eulériens réduits afin de s'adapter à certains calculs numériques et théoriques. Ces réductions donnent lieux aux équations fluides hamiltonien. Cependant, nous montrons que ces réductions peuvent faire perdre la propriété hamiltonienne. En particulier pour obtenir un modèle ayant la température des ions (puisqu'elle n'est pas négligeable au centre du plasma), nous montrons la procédure conservant la propriété hamiltonienne à partir du modèle sans température des ions.Quant à l'étude du transport radial, nous appliquons une des propriétés hamiltoniennes (le contrôle) afin de créer une barrière de transport par des perturbations du système. Nous étudions de manière idéale l'effet du contrôle à travers la dynamique lagrangienne des traceurs appelés particules test. Nous faisons particulièrement des efforts dans la prise en compte des contraintes numériques et expérimentales. Nous montrons notamment la robustesse du contrôle lors de l'application des perturbations par des sondes de Langmuir.Finalement, nous étudions l'application du contrôle dans un modèle eulérien décrivant la rétroaction du plasmas (à travers la densité et le potentiel électrique) lorsque nous appliquons les perturbations. Cette étape permet de prendre en compte le couplage du système plasma-perturbations. En utilisant un code fluide permettant de décrire le plasma de bord lors de perturbations générées par des sondes de Langmuir. Nous développons un algorithme permettant de calculer le contrôle en tout temps en fonction du potentiel électrique. Nous montrons alors que la valeur moyenne du potentiel électrique joue un rôle important pour l'application du contrôle dans un modèle fluide. / In order to produce energy through fusion reactions, we are led to study of physical phenomena that occur in tokamaks. The instabilities that exist in tokamaks can significantly degrade the confinement and have an impact on the operation of future fusion reactors. Measurements reveal a strong radial transport. Although this is partly a consequence of collisions, the interchange instability is the dominant source to transport since the type of plasmas that interest us are weakly collisional. Within non collisional limit, the Hamiltonian description used to describe the dynamical system of charged particles in an electromagnetic field. We give importance to this description in order to access the Hamiltonian tools.We are working on modeling and control Hamiltonian of radial transport. After writing the Hamiltonian model of particles in a magnetized plasma, we introduced some reductions from Lagrangian models to Eulerian reduced models in order to accommodate some theoretical and numerical calculations. These places give the Hamiltonian fluid equations. However, we show that these reductions may lose the Hamiltonian property. In particular for a model with the ion temperature (not neglected at the center of the plasma), we show the procedure preserving the Hamiltonian property from the model without ion temperature.As for the study of radial transport, we apply one of the Hamiltonian properties (the control) to create a transport barrier by perturbations of the system. We are looking ideally the effect of control through the Lagrangian dynamics of tracers called test particles. We make particular efforts in the consideration of numerical and experimental constraints. We show the robustness of control when applying perturbations by Langmuir probes.Finally, we study the application of control in an Eulerian model describing the feedback of plasma (through the density and the electric potential) when we apply the perturbations. This step allows to take into account the coupling of the system plasma-perturbations. We use a numerical code to describe the plasma at the edge during perturbations generated by Langmuir probes. We develop an algorithm to calculate the control at all times depending on the electric potential. Finally we show that the average value of electric potential plays an important role in the implementation of control in a fluid model.

Dans cette thèse nous étudions l'impact de perturbations magnétiques résonnantes sur la dynamique de la barrière de transport dans un tokamak. Pour cela nous avons réalisé des simulations numériques tridimensionnelles de turbulence dans le plasma de bord du tokamak. Nos simulations numériques ont reproduit les résultats expérimentaux observés dans différents tokamaks. Dans le régime de confinement amélioré (mode H), la barrière de transport n'est pas stable : elle effectue des oscillations de relaxation, qui partagent des caractéristiques communes avec les "modes localisés au bord'' (Edge Localized Modes, ELMs). Ces ELMs ont à la fois des avantages et des inconvénients. D'un côté, ils permettent d'évacuer les impuretés présentes dans le coe ur du plasma. Mais d'un autre côté, la charge thermique induite sur la paroi pendant un ELM peut endommager les matériaux de première paroi. Pour cette raison, ils doivent être contrôlés. Cette thèse s'inscrit dans le contexte du projet ITER actuellement en construction en France. Sur ITER, le contrôle des ELMs sera indispensable en raison de la quantité d'énergie évacuée. Parmi les différentes façons de contrôler les ELMs, les perturbations magnétiques résonnantes (Resonant Magnetic Perturbations, RMPs) semblent prometteuses. Ces perturbations magnétiques résonnantes sont créées par des bobines externes. Nous nous plaçons dans le cas du tokamak TEXTOR et nous considérons deux configurations pour les bobines externes : dans un premier temps, une perturbation magnétique résonnante comprenant plusieurs harmoniques, qui permet d'avoir une zone stochastique au bord du plasma lorsque les chaînes d'îlots magnétiques se superposent. / In this PhD thesis we study the impact of resonant magnetic perturbations on the transport barrier dynamics in a tokamak. In this goal we have performed turbulence tridimensional numerical simulations in the edge plasma of a tokamak, which reproduced the experimental results observed in different tokamaks. In the improved confinement regime (H mode), the transport barrier is not stable : it does relaxation oscillations, which share common features with the ``Edge Localized Modes'' (ELMs). These ELMs both have advantages and drawbacks. On the one hand, they enable to push away the impurities present in the plasma core. But on the other hand, the thermal load induced on the wall during an ELM can damage the first wall materials. For this reason, they must be controlled. This PhD thesis belongs to the frame of the ITER project, which is today in construction in France. On ITER the ELMs control will be compulsory due to the quantity of energy released. Among the different ways of controlling the ELMs, the resonant magnetic perturbations (RMPs) seem promising. These resonant magnetic perturbations are created by external coils. We consider the TEXTOR tokamak case and we consider two configurations for the external coils : first, a resonant magnetic perturbation with several harmonics, which enables to have a stochastic zone at the plasma edge when the magnetic island chains overlap ; then, a resonant magnetic perturbation with a single harmonic, which therefore creates a single magnetic island chain. In this PhD thesis, we focus on the non-axisymmetric equilibrium created in the plasma by the resonant magnetic perturbation.