La stabilité des plasmas de fusion est un enjeu crucial dans le cadre du développement de nouvelles sources d'énergie. L'interaction entre le plasma et le champ magnétique peut en effet amener à la destruction du confinement : c'est une disruption. Le sujet de cette thèse porte sur les îlots magnétiques, une des causes des disruptions. Ces îlots magnétiques sont observés expérimentalement et analytiquement. Les théories peuvent prévoir la croissance d'un îlot magnétique et sa taille, mais les restrictions sur le domaine de validité de la théorie sont fortes et elles dé-corrèlent largement les domaines de validité théoriques et expérimentaux. Dans une première partie, nous montrons que, génériquement, les méthodes de contrôle dynamiques d'évolution des îlots magnétiques, basées notamment sur une relation entre la taille de l'îlot et la perturbation de flux magnétique à la résonance, devraient prendre en compte la modification du flux magnétique moyenné le long de la ligne de champ. Nous donnons aussi des limites quand au cadre de notre assertion (coalescence des îlots, effondrement du point X, ...). la seconde partie de la thèse aborde un nouvel effet dû au courant de part et d'autre de l'îlot magnétique. Il change la dynamique de l'îlot et la perception que l'on en a. Jusqu'à présent la dynamique de l'îlot était étudiée principalement au travers de mécanisme actifs au niveau de la résonance. Nous démontrons que la présence de courant aux abords de l'îlot peuvent jouer un rôle très important sur sa croissance et sur sa taille finale. La troisième partie détaille comment la turbulence aux abords d'un îlot magnétique peut affecter sa croissance. / The fusion plasma stability is a critical point for the developpement of newenergy source. The interaction between the plasma and the magnetic field can drive to the confinement descrution : it is a disruption. The topic of this thesis is the magnetic island, one of disruption causes. Those magnetic islands are observed theoretically and numerically. The theory can predict the growth and the final size of magnetic islands, but restrictions of its validity range are strong and they decorrelate the experimental and theoritical validity domain. In the first part, we show that the dynamic method of magnetic island control, based on the link between the island size and the perturbed magnetic flux at the resonance, should take in account the modification of the magnetic flux averaged along the field line. We show aswell the limitation of our assertion (magnetic island coalescence, X point collapse ...). The second part of the thesis address a new effet du to the current on sides of the magnetic island. This effect changes the magnetic island dynamics and the perception we got on it. Until now, the magnetic island dynamics have been studied through active mechanisms at the resonance. We show that the presence of current on sides can play an important role on the growth and saturation of the magnetic island. The last part of thesis details how the turbulence on the outskirts of a magnetic island can affect the island growth. We show that a turbulence generate by an interchange instability can penetrate into a stable zone concerning tearing mode and induce by a 3D mechanisme the growth of an magnetic island.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(エネルギー科学) / 甲第17913号 / エネ博第285号 / 新制||エネ||59(附属図書館) / 30733 / 京都大学大学院エネルギー科学研究科エネルギー基礎科学専攻 / (主査)教授 岸本 泰明, 教授 中村 祐司, 教授 前川 孝 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Energy Science / Kyoto University / DFAM

Dans les plasmas de tokamak peuvent se développer des instabilités MHD (Magneto-Hydro-Dynamiques) se manifestant sous la forme d’îlots magnétiques qui réduisent le confinement. Ces îlots peuvent être contrôlés par la génération localisée de courant dans le plasma. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la modélisation des îlots magnétiques et de leur contrôle en utilisant une description fluide (MHD) du plasma, à l’aide du code XTOR. Nous détaillons l'inclusion d'une source de courant au sein du modèle MHD, ce qui nécessite l'ajout d'une équation supplémentaire pour modéliser la propagation de la densité de courant le long des lignes de champ magnétique. Cette implémentation est ensuite vérifiée sur la base de modèles analytiques, nous permettant de retrouver l'influence de paramètres tels que la largeur du dépôt ou son désalignement. Nous avons mis en évidence des effets non-décrits par les modèles asymptotiques, liés à la nature de la localisation spatiale de la source de courant. Nous nous sommes ensuite intéressés aux stratégies de contrôle envisageable pour la suppression des îlots. Nous avons ajouté au sein du code XTOR un système de contrôle qui ajuste le dépôt de courant selon les stratégies choisies. Des simulations MHD non-linéaires des différents schémas de contrôle ont été effectuées, et les différentes stratégies comparées, permettant de préciser pour chacune une gamme d’intérêt. / Magneto-Hydro-Dynamic (MHD) instabilities are susceptible to develop within a tokamak plasma. These instabilities manifest themselves as magnetic islands which reduce the plasma confinement. The islands can however be controlled by driving current inside them. In this thesis, we consider the modeling of the magnetic islands and their control using first principle approaches, which rely on a global MHD description of the plasma. We have detailed the inclusion a RF-driven current like source term in an MHD code, which requires special care to be given to the modeling of the current density evolution. The implementation has been benchmarked against the asymptotic models, allowing us to retrieve the influence of parameters such as deposition width or misalignment with respect to the island width and position. Beyond these aspects, we have evidenced new effects, linked to the 3D nature of the current deposition. We have observed a flip instability in which an island, reduced by the ECCD, brutally inverse its phase so that its X-Point faces the current deposition, allowing the mode the grow further. We then moved on to the topic of the best suitable control strategies for the control of the island. We have implemented in XTOR a control system that mimics the experimental ones and adapt the current deposition in function of a preset strategy. Nonlinear MHD simulations have been carried out using different control schemes, allowing us to quantify the gain to expect from each of these methods depending on the characteristics of the current deposition.