Le dioxyde de carbone, principal gaz à effet de serre lié aux activités humaines, est considéré comme l’un des gaz les plus problématiques pour notre environnement ces dernières années, principalement à cause du réchauffement climatique qu’il engendre. C’est pour cette raison que l’augmentation de sa teneur dans l’atmosphère nous concerne tous quant aux conséquences futures pour notre planète. Afin de limiter l’émission de CO2, sa conversion en composés à valeur ajoutée présente un grand intérêt et est possible notamment via des procédés plasmas. Plus particulièrement, les décharges à barrière diélectrique (DBD) sont utilisées depuis quelques années pour générer des plasmas froids opérant à pression atmosphérique, principalement pour des applications en traitement de surface, mais également pour le traitement d’effluents gazeux.Lors de cette thèse, nous nous sommes focalisés sur le processus de dissociation du CO2 en CO et O2 via un réacteur DBD à flux continu et avons analysé sa conversion et son efficacité énergétique via différentes études. Celles-ci ont été réalisées grâce à plusieurs méthodes de diagnostic, comme par exemple la spectrométrie de masse utilisée pour déterminer la conversion et l’efficacité du processus, la spectroscopie d’émission optique, l’oscilloscope pour une caractérisation électrique, etc. afin d’avoir une meilleure compréhension du comportement des décharges CO2.Dans un premier temps, nous avons réalisé une étude détaillée d’un plasma CO2 pur où nous avons fait varier différents paramètres, tels que le temps de résidence, la fréquence, la puissance, la pulsation de la haute tension et l’épaisseur et la nature du diélectrique. Le CO2 donne lieu généralement à une décharge filamentaire, consistant en de nombreuses microdécharges réparties au niveau de la zone du plasma. Celles-ci constituent la principale source de réactivité dans une DBD. Un aperçu détaillé de l’aspect physique de ces microdécharges a été réalisé grâce à la caractérisation électrique, permettant de mieux comprendre les propriétés électriques de la décharge et des microdécharges. En effet, nous avons pu déterminer l’importance de la tension présente au niveau du plasma, de l’intensité du courant plasma, du nombre de microdécharges et de leur temps de vie sur l’efficacité du processus de dissociation de CO2.Ensuite, nous avons conclu ce travail avec des études combinant le CO2 en phase plasma avec de l’eau ou du méthane afin de produire des molécules à valeur ajoutée telles que les syngas (CO et H2), mais aussi des hydrocarbures (C2H6, C2H4, C2H2 et CH2O) dans le cas de l’ajout du méthane. A travers ces études, nous avons obtenu une meilleure connaissance de la chimie et de la physique qui ont lieu dans ce type de plasma. / Carbon dioxide appears as one of the most problematic gases for the environment, mostly because it is responsible for global warming. This is why its increasing concentration into the atmosphere, mainly due to anthropogenic activities, is a real concern for planet Earth. In order to prevent the release of large amounts of CO2, its conversion into value-added products is of great interest. In this context, plasma-based treatments using dielectric barrier discharges (DBDs) are nowadays more and more used for the conversion of this gas. In this thesis, we investigated the CO2 splitting process into CO and O2 via a flowing cylindrical DBD and we studied its conversion and energy efficiency by means of several diagnostic methods, such as mass spectrometry to determine the conversion and energy efficiency of the process, optical emission spectroscopy for gas temperature measurements, and an oscilloscope for electrical characterization, in order to obtain a better understanding of the CO2 discharge itself.First, we focused on an extensive experimental study of a pure CO2 plasma where different parameters were varied, such as the gas residence time, the operating frequency, the applied power, the pulsation of the AC signal, the thickness and the nature of the dielectric. CO2 discharges typically exhibit a filamentary behavior, consisting of many microdischarges, which act as the main source of reactivity in a DBD. A detailed insight in the physical aspects was achieved by means of an in-depth electrical characterization, allowing more insight in the electrical properties of the discharge and more specifically in the microdischarges, which are spread out throughout the active zone of the plasma. It was found throughout this work that the plasma voltage, which reflects the electric field and thus determines how the charged particles are accelerated, the plasma current, which reflects the electron density, but also the number of microdischarges and their average lifetime, play an important role in the efficiency of the CO2 dissociation process. It was revealed that the microdischarge number is important as it represents the repartition of the locations of reactivity. Indeed, as the microfilaments are more spread out in the same discharge volume, the probability for the CO2 molecules to pass through the reactor and interact with at least one microdischarge filament becomes more important at a larger number of microfilaments.The second part of the thesis was dedicated to discharges combining CO2 and H2O or CH4, both being hydrogen source molecules. The combined CO2/H2O or CO2/CH4 conversion allows forming value-added products like syngas (CO and H2), but also hydrocarbons (C2H6, C2H4, C2H2 and CH2O), at least in the presence of methane. Throughout this study, we tried to obtain a better knowledge of the chemistry and physic behind these conversion processes. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Depuis quelques années, le développement et l’utilisation des nanomatériaux suscitent une attention croissante pour la communauté scientifique. L’intérêt pour ces matériaux s’explique par l’apparition de nouvelles propriétés qui, à l’échelle nanométrique, deviennent modulables en fonction de leur taille et leur forme.De par leur taille, les microplasmas sont particulièrement adaptés à la synthèse de nanomatériaux. En effet, les microplasmas représentent une classe de décharges électriques dont au moins l’une des dimensions est réduite sous l’échelle millimétrique. Leurs propriétés uniques en font également un excellent choix dans le cadre de la synthèse en phase liquide.Dans le cadre de ce travail, les mécanismes de formation et de croissance de nanoparticules d’or et d’argent synthétisées par microplasma à pression atmosphérique ont été étudiés. La première partie de ce travail s’est concentrée sur la mise en évidence des paramètres clés pour le contrôle de la nucléation et de la croissance des nanoparticules.Les études menées lors de la synthèse de ces nanoparticules, par spectroscopie d’absorption UV-visible, microscopie électronique en transmission, diffusion dynamique de la lumière et spectroscopie des photoélectrons X, ont permis de mettre en évidence le rôle de l’agent stabilisant ainsi que l’effet du temps de traitement et du courant de la décharge sur le diamètre et la distribution de taille des particules. Il a également été observé que la concentration en électrons, contrôlée par le courant injecté, et la concentration en précurseur métallique influençaient de manière opposée le diamètre moyen des particules. En effet, aux concentrations élevées en précurseur, les phénomènes de croissance et la réduction directe à la surface des noyaux métalliques sont favorisés alors qu’aux courants élevés, la nucléation est majoritaire.Dans la deuxième partie du travail, la réduction de l’acide tétrachloroaurique et du nitrate d’argent a été étudiée dans le but d’élucider le rôle des différentes espèces impliquées dans les mécanismes de formation des nanoparticules d’or et d’argent.Dans un premier temps, des études par spectroscopie d'absorption UV-visible, par conductivité ionique et par potentiométrie ont mis en évidence que la réduction des deux métaux est directement dépendante de la quantité de charge injectée par le plasma dans le système et donc du nombre d’électrons.Cependant, plusieurs différences ont été observées entre la synthèse des nanoparticules d’or et d’argent. D’une part, l’efficacité faradique de la réduction du nitrate d’argent est supérieure à celle de l’acide tétrachloroaurique. D’autre part, il a pu être montré que le complexe d’or continuait à être réduit après que le plasma soit éteint. Ces différences nous ont menés à l’hypothèse que d’autres espèces que les électrons, de temps de vie plus longs, pouvaient être impliquées dans le mécanisme de réduction.C’est pourquoi dans un second temps, les phases aqueuse et gazeuse ont été caractérisées par spectroscopie d’absorption UV-visible, chromatographie ionique, spectrométrie d’émission optique et spectrométrie de masse et ce, afin d’étudier l’influence des différentes espèces formées dans les deux phases sur la synthèse des nanoparticules et particulièrement, le peroxyde d’hydrogène.Il a alors pu être montré que les électrons étaient impliqués dans d'autres processus de transfert de charge que la réduction des sels métalliques tels que l’oxydation de l’eau mais aussi la formation du peroxyde d’hydrogène, des nitrites et des nitrates.Finalement, le rôle du peroxyde d’hydrogène dans le mécanisme de synthèse des nanoparticules d’or a été démontré, en opposition aux résultats observés pour le sel d'argent qui suggèrent que les électrons solvatés sont les principales espèces réductrices et qu'une voie de réduction plus directe a lieu dans ce cas. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La reconnexion magnétique est un processus fondamental de conversion d'énergie qui se produit dans les plasmas spatiaux ainsi que dans les plasmas de laboratoire. La reconnexion a lieu dans des couches de courant très fines et a comme conséquence la reconfiguration de la topologie magnétique et la conversion d'énergie magnétique dans l'accélération et le réchauffement des particules. Actuellement, le rôle de la reconnexion magnétique est reconnue comme un processus majeur dans l’environnement Soleil-Terre, depuis la couronne solaire jusque dans vent solaire, dans la magnétogaine ainsi qu'à la magnétopause et dans la queue magnétique. La reconnexion se déclenche dans la région de diffusion électronique. Dans cette région, les électrons se démagnétisent et sont accélérés par les champs électriques de reconnexion. Malgré les progrès déterminants dans la compréhension du processus de la reconnexion magnétique qui ont été accomplis grâce à l'utilisation des mesures in-situ en synergie avec les simulations numériques, la physique de la région de diffusion aux échelles électroniques est encore largement inconnue. Ce n'est que dans les dernières années, avec le lancement de la mission Magnetospheric MultiScale (MMS) et l'impressionnant augmentation des capacités de calcul des superordinateurs, que la dynamique de la région de diffusion électronique a commencée à être comprise. Une des questions fondamentales - qui reste encore sans réponse - est de comprendre si la structure de la région de diffusion électronique est homogène ou hétérogène aux échelles électroniques et même au-dessous de ces échelles.La finalité de ma recherche est d’avancer dans la compréhension de la structure de la région de diffusion des électrons avec deux approches diffèrent : les observations par satellites et simulations numériques complètement cinétique de type Vlasov.La première partie de ce mémoire présente les observations issus des satellites MMS en traversant la magnétopause en proximité du point sub-solaire et avec une séparation très petite entre les satellites ($sim 6$ km) i.e. comparable à la longueur d'inertie des électrons $d_e sim 2$ km.L’analyse des donnée montre que la région de diffusion électronique n'est pas homogène en terme de courant électrique et de champ électrique aux échelles électroniques et que la distribution spatiale de la conversion d'énergie est irrégulière aux échelles électroniques. Ces observations indiquent que la structure de la région de diffusion électronique peut être bien plus compliquée que ce qu'indiquent des études expérimentales antérieures et les simulations numériques de type PIC.La présente analyse des données MMS a souligné la nécessité de réaliser des simulations avec une résolution spatiale plus élevée et un bruit numérique négligeable - en particulier pour le champ électrique - pour progresser dans la compréhension des processus cinétiques qui interviennent aux échelles électroniques. En poursuivant cette motivation, la deuxième partie du mémoire est consacrée à l'étude de la région de diffusion électronique en utilisant un nouveaux modèle Eulérien Vlasov-Darwin complètement cinétique qui nous avons implémenté dans le code numérique ViDA. Le code ViDA a été spécifiquement conçu pour perfectionner notre compréhension de la dynamique des plasmas non collisionnels aux échelles cinétiques en donnant accès aux détails de la fonction de distribution électronique dans l’espace de phase. Une première partie est consacrée aux tests du code avec une simulation 2D de la reconnexion magnétique symétrique. Les données de simulation avec bruit négligeable ont été utilisées par la suite pour étudier la contribution des différents termes qui forment la loi d’Ohm dans la région de diffusion électronique. Nous avons traité en particulier la contribution du terme d’inertie électronique qui est responsable de la démagnétisation des électrons. / Magnetic reconnection is a fundamental energy conversion process occurring in space and laboratory plasmas. Reconnection takes place in thin current sheets leading to thereconfiguration of magnetic field topology and to conversion of magnetic energy into acceleration and heating of particles. Today reconnection is recognized to play a key role in the Earth-solar environment, from the solar corona to the solar wind, to magnetosheath, at the Earth's magnetopause, and in the magnetotail. Reconnection is initiated in the Electron Diffusion Region (EDR), where electrons decouple from the magnetic field and are energized by electric fields. Despite the very significant advances that have been made in the understanding of the magnetic reconnection process by means of in-situ measurements (notably provided by the Cluster mission) and by numerical simulations, the small electron scale physics of the dissipation region remains basically unsolved.It is only in the last years, with the launch of the Magnetospheric MultiScale mission (MMS) together with the recent impressive increasing of computational capabilities of supercomputers, that the dynamics of the Electron Diffusion Region has started to be enlightened. One of the key, yet still open questions, is whether the EDR has a preferred homogeneous or inhomogeneous structure at electron scales and below.The purpose of this Thesis is to advance in the understanding of the structure of the Electron Diffusion Region using two different approaches, notably MMS spacecraft observations and kinetic full Vlasov simulations. The first part presents MMS observations of an EDR encounter at the subsolar magnetopause when the four MMS probes were located at the smallest interspacecraft separationof $sim 6 $ km, which is comparable to a few electron inertial length ($d_e sim 2$ km).We find that the EDR is rather inhomogeneous at electron scales in terms of current density and electric field which appear to be different at different spacecraft. In addition, the pattern of the energy conversion is patchy, showing that the structure of the EDR at the magnetopause can be much more complex than it has been found in other MMS events and than it is usually depicted by kinetic PIC simulations.Our MMS data analysis has pointed out the need of simulations with better spatial resolution and low noise on the electron scales, in particular on the electric field, in order to better understand the kinetic physics at play at electron scales. Following this motivation, the second part of the Thesis aims at studying the EDR by using a novel fully-kinetic Eulerian Vlasov-Darwin model which we have implemented in the numerical ViDA code.The ViDA code is specifically designed to improve our understanding of the kinetic dynamics of collisionless plasma at electron scales by giving access to the fine phase space details of the electron distribution function. A first part is devoted to the testing of the code by performing 2D symmetric magnetic reconnection simulations. Then, low-noise simulation data have been used to investigate the contribution of the different terms in the Ohm's law in the EDR, focusing on the contribution of the electron inertia term which is responsible for the decoupling of the electron dynamics from the magnetic field.

Nous présentons le développement d'une optique électrostatique à champ de vue hémisphérique fonctionnant dans la gamme d'énergie allant de quelques eV à 30 keV et dont nous avons étudié le principe de fabrication en mettant en place un procédé de lithographie innovant. Après avoir exposé nos motivations scientifiques et l'état de l'art des optiques électrostatiques dédiées à l'étude des plasmas spatiaux, nous présentons le concept optique à la base de cet instrument. Avec deux têtes de mesure, il est possible de s'affranchir de la période de rotation des satellites pour avoir une couverture complète des directions d'arrivée des particules. La résolution temporelle des mesures n'est plus déterminée que par la rapidité du balayage en énergie de l'instrument et par sa sensibilité qui s'avère équivalente à un ensemble de 8 détecteurs classiques à champ de vue 2D. Ce concept repose sur une polarisation indépendante des faces internes et externes des électrodes. Ceci est rendu possible par l'utilisation de plastique haute performance pour la réalisation des électrodes de l'optique. Deux procédés ont été mis en place ab initio pour permettre la fabrication de l'optique au laboratoire. Le premier est un procédé de métallisation chimique, le second un procédé de lithographie laser. Leur combinaison permet de réaliser une métallisation sélective des électrodes pour assurer une décroissance linéaire du potentiel en certaines zones de l'optique afin d'éviter les phénomènes de claquage. La question de la polarisation à haute tension de l'optique est également abordé, nous montrons comment l'ablation en profondeur du polymère permet de polariser l'optique à champ de vue 3D sans affecter ses performances.

Pour concevoir les futurs réacteurs à fusion nucléaire, une bonne compréhension des mécanismes régissant l'intéraction plasma-paroi est requise. En particulier, il est nécessaire d'estimer quantitativement les flux de chaleurs impactant les matériaux et la contamination du coeur par les impuretés provenant du mur. Dans ce contexte, le code fluide SolEdge2D a été développé pour simuler le transport dans le plasma de bord. L'interaction plasma-paroi est prise en compte grâce à une méthode de pénalisation innovante et originale. Cette méthode permet en particulier de modéliser la géométrie complexe des éléments face au plasma avec une grande flexibilité. En parallèle, une étude plus théorique sur les propriétés du transport dans les milieux faiblement collisionels a été conduite avec les physiciens du groupe CSDC de l'université de Florence. Une généralisation de la loi de Fourier prenant en compte les corrélation spatio-temporelle à longue distance à été obtenue par l'analyse de modèles stochastiques 1D. Cette loi retrouve en particulier la transition entre un régime diffusif à forte collisionalté et un régime balistique à faible collisionalité. / In the scope of designing future nuclear fusion reactors, a clear understanding of the plasma-wall interaction is mandatory. Indeed, a predictive estimation of heat flux impacting the surface and the subsequent emission of impurities from the wall is necessary to ensure material integrity and energy confinement performances. In that perspective, the fluid code SolEdge2D has been developed to simulate plasma transport in the tokamak edge plasma. The plasma-wall interaction is modeled using an innovative penalization technique. This method enables in particular to take complex plasma facing components geometry into account. In parallel to this numerical effort, a theoretical work has been achieved to find appropriate corrections to fluid closures when collisionality drops. The study of stochastic 1D models has been realized in collaboration with physicists from the CSDC group in Florence. A generalized Fourier law taking long range spatio-temporal correlations has been found to properly account for ballistic transport in the low collisional regime. This formulation is expected to be used to model parallel heat flux or turbulent cross-field transport in tokamak plasmas.

Les besoins en énergie dans le monde sont croissants alors que les ressources nécessaires pour la production d'énergie fossile s'épuisent d'année en année. Un des moyens alternatifs pour produire de l'énergie est la fusion nucléaire par confinement magnétique. La maîtrise de cette réaction est un défi et constitue un domaine actif de recherche. Pour améliorer notre connaissance des phénomènes qui interviennent lors de la réaction de fusion, deux approches sont mises en oeuvre : l'expérience et la simulation. Les expérience réalisées grâce aux Tokamaks permettent de prendre des mesures. Ceci nécessite l'utilisation des technologiques les plus avancées. Actuellement, ces mesures ne permettent pas d'accéder à toutes échelles de temps et d'espace des phénomènes physiques. La simulation numérique permet d'explorer ces échelles encore inaccessibles par l'expérience. Les ressources matérielles qui permettent d'effectuer des simulations réalistes sont conséquentes. L'usage du calcul haute performance (High Performance Computing HPC) est nécessaire pour avoir accès à ces simulations. Ceci se traduit par l'exploitation de grandes machines de calcul aussi appelées supercalculateurs. Les travaux réalisés dans cette thèse portent sur l'optimisation de l'application Gysela qui est un code de simulation de turbulence de plasma. L'optimisation d'un code de calcul scientifique vise classiquement l'un des trois points suivants : (i ) la simulation de plus grand domaine de calcul, (ii ) la réduction du temps de calcul et (iii ) l'amélioration de la précision des calculs. La première partie de ce manuscrit présente les contributions concernant la simulation de plus grand domaine. Comme beaucoup de codes de simulation, l'amélioration de la précision de la simulation est souvent synonyme de raffinement du maillage. Plus un maillage est fin, plus la consommation mémoire est grande. De plus, durant ces dernières années, les supercalculateurs ont eu tendance à disposer de moins en moins de mémoire par coeur de calcul. Pour ces raisons, nous avons développé une bibliothèque, la libMTM (Modeling and Tracing Memory), dédiée à l'étude précise de la consommation mémoire d'applications parallèles. Les outils de la libMTM ont permis de réduire la consommation mémoire de Gysela et d'étudier sa scalabilité. À l'heure actuelle, nous ne connaissons pas d'autre outil qui propose de fonctionnalités équivalentes permettant une étude précise de la scalabilité mémoire. La deuxième partie de ce manuscrit présente les travaux concernant l'optimisation du temps d'exécution et l'amélioration de la précision de l'opérateur de gyromoyenne. Cet opérateur est fondamental dans le modèle gyromagnétique qui est utilisé par l'application Gysela. L'amélioration de la précision vient d'un changement de la méthode de calcul : un schéma basé sur une interpolation de type Hermite vient remplacer l'approximation de Padé. Il s'avère que cette nouvelle version de l'opérateur est plus précise mais aussi plus coûteuse en terme de temps de calcul que l'opérateur existant. Afin que les temps de simulation restent raisonnables, différentes optimisations ont été réalisées sur la nouvelle méthode de calcul pour la rendre très compétitive. Nous avons aussi développé une version parallélisée en MPI du nouvel opérateur de gyromoyenne. La bonne scalabilité de cet opérateur de gyromoyenne permettra, à terme, de réduire des coûts en communication qui sont pénalisants dans une application parallèle comme Gysela. / Energy needs around the world still increase despite the resources needed to produce fossil energy drain off year after year. An alternative way to produce energy is by nuclear fusion through magnetic confinement. Mastering this reaction is a challenge and represents an active field of the current research. In order to improve our understanding of the phenomena which occur during a fusion reaction, experiment and simulation are both put to use. The performed experiments, thanks to Tokamaks, allow some experimental reading. The process of experimental measurements is of great complexity and requires the use of the most advanced available technologies. Currently, these measurements do not give access to all scales of time and space of physical phenomenon. Numerical simulation permits the exploration of these scales which are still unreachable through experiment. An extreme computing power is mandatory to perform realistic simulations. The use of High Performance Computing (HPC) is necessary to access simulation of realistic cases. This requirement means the use of large computers, also known as supercomputers. The works realized through this thesis focuses on the optimization of the Gysela code which simulates a plasma turbulence. Optimization of a scientific application concerns mainly one of the three following points : (i ) the simulation of larger meshes, (ii ) the reduction of computing time and (iii ) the enhancement of the computation accuracy. The first part of this manuscript presents the contributions relative to simulation of larger mesh. Alike many simulation codes, getting more realistic simulations is often analogous to refine the meshes. The finer the mesh the larger the memory consumption. Moreover, during these last few years, the supercomputers had trend to provide less and less memory per computer core. For these reasons, we have developed a library, the libMTM (Modeling and Tracing Memory), dedicated to study precisely the memory consumption of parallel softwares. The libMTM tools allowed us to reduce the memory consumption of Gysela and to study its scalability. As far as we know, there is no other tool which provides equivalent features which allow the memoryscalability study. The second part of the manuscript presents the works relative to the optimization of the computation time and the improvement of accuracy of the gyroaverage operator. This operator represents a corner stone of the gyrokinetic model which is used by the Gysela application. The improvement of accuracy emanates from a change in the computing method : a scheme based on a 2D Hermite interpolation substitutes the Padé approximation. Although the new version of the gyroaverage operator is more accurate, it is also more expensive in computation time than the former one. In order to keep the simulation in reasonable time, diferent optimizations have been performed on the new computing method to get it competitive. Finally, we have developed a MPI parallelized version of the new gyroaverage operator. The good scalability of this new gyroaverage computer will allow, eventually, a reduction of MPI communication costs which are penalizing in Gysela.

Cette thèse porte sur l'endommagement laser de composants optiques en silice amorphe en régime nanoseconde. Ce matériau diélectrique est l'un des plus couramment utilisés en optique et notamment sur des installations laser de haute énergie telles que le Laser MégaJoule. Afin de garantir le fonctionnement nominal d'une installation, l'endommagement laser des composants optiques doit être compris et maîtrisé. Ce phénomène induit une modification irréversible du matériau modifiant la propagation du faisceau. Dans le régime nanoseconde, l'endommagement laser de la silice est corrélé à la présence de défauts précurseurs qui sont une conséquence de la synthèse et du polissage des composants. L'interaction de ces précurseurs avec le laser va dépendre des caractéristiques de ce dernier. Une première étude est consacrée à la métrologie des impulsions utilisées en laboratoire pour étudier l'endommagement laser. Une seconde étude porte sur les mécanismes d'amorçage des dommages sur la face de sortie des composants optiques faits de silice. Une dernière partie porte sur l'influence de la propagation non linéaire sur l'endommagement surfacique et volumique des composants épais faits de silice. / In this thesis, laser-induced damage phenomenon in fused silica components is investigated in the nanosecond regime. This material is one of the most widely used in optics, particularly on high-energy laser facilities such as the Laser MégaJoule. In order to ensure the nominal operation of this kind of laser facility, laser-induced damage on optical components has to be understood and controlled. This phenomenon consists in an irreversible modification of the material. In the nanosecond regime, laser-induced damage is tightly correlated to the presence of precursor defects which are a consequence of the synthesis and the polishing of the components. The interaction between these precursor defects and the laser pulses strongly depends on the laser characteristics. The first study focuses on the metrology of the laser beam used in laboratory to study laser-induced damage. The second one consists in a parametric study of the initiation mechanism on the rear surface of fused silica components. The last part deals with the influence of nonlinear propagation on laser induced damage on the surface and in the volume of thick fused silica samples.

La simulation N-Corps d'un plasma consiste à calculer l'interaction coulombienne mutuelle entre N particules chargées. Nous avons adapté un algorithme N-Corps de type ``code en arbre'', utilisé avec succès dans le cas gravitationnel, pour la simulation de plasmas. Pour l'instant, nous avons trouvé deux champs d'applications pour lesquels cette technique est particulièrement bien adaptée.<br /><br />Tout d'abord les problèmes d'expansion de plasma dans le vide. Ce genre de simulation fait coexister des densités d'ordres de grandeur très différents. Certaines zones peuvent avoir un comportement hydrodynamique pendant que d'autres sont peuplées de particules avec des trajectoires balistiques car trop énergétiques. Les protons, notamment, peuvent ainsi être accélérés à des vitesses requises pour la fusion. Ce type de problème, faisant intervenir une interface plasma-vide, est pratiquement impossible à étudier à l'aide des techniques de simulation courantes (e.g. codes MHD, Vlasov, Fokker-Planck, ...).<br /><br />L'autre champ d'application est celui de la simulation des plasmas modérément ou fortement couplés qui concerne de nombreux plasmas de laboratoire, mais également des plasmas astrophysiques, tels, par exemple, la zone convective du Soleil. Dans les plasmas dits couplés, les collisions ``binaires proches'' entre charges ne peuvent pas être négligées. Or, les modèles numériques de type Fokker-Planck, très majoritairement utilisés pour simuler des plasmas faiblement collisionnels, n'en tiennent pas compte ce qui les rends inadéquats à ce type de plasma. La technique N-Corps, quant à elle, gère chaque particule individuellement et peut très bien décrire précisément les trajectoires de particules subissant ce genre de déviation violente.

Le rayonnement X est un outil vieux de plus d'un siècle qui a magnifiquement participé au développement de nombreuses thématiques. Il se produit actuellement une petite « révolution » scientifique qui va avoir un impact fort sur la vision dont la matière peut être analysée. Le travail présenté dans le cadre de cette HDR insiste sur le développement de sources X innovantes obtenues par interaction entre un laser femtoseconde intense avec la matière, et sur leurs rôles dans la réalisation d'applications pionnières dans cette thématique de la « science X ultrarapide ».

L'injection d'ondes radiofréquence dans un plasma de tokamak afin d'y générer le courant toroïdal répond à une double exigence. Premièrement, la nature non inductive de la méthode évite le recours aux courants variables circulant dans les bobines, peu compatibles avec l'opération stationnaire d'un futur réacteur. Par ailleurs, il est reconnu que la principale limitation des performances d'un plasma de fusion est causée par la turbulence électromagnétique. Celle-ci peut toutefois être réduite, voire supprimée, en optimisant le profil de courant, ce qu'autorise précisément l'emploi des ondes, dans le cadre des scénarios avancés. Cette thèse traite de l'utilisation de l'onde cyclotronique électronique (EC) en vue de contrôler le profil de courant. S'agissant d'une question cruciale conditionnant l'usage de cette onde dans les plasma chauds, l'effet de la température finie sur la polarisation de l'onde est d'abord étudié dans divers régimes. D'autre part, dans les scénarios avancés, l'association des ondes EC et hybride basse (LH) est prometteuse, du fait de leurs caractéristiques complémentaires. Une large partie de ce travail est donc consacrée à l'étude théorique, numérique et expérimentale des décharges combinées. Les résultats obtenus, parmi lesquels la démonstration analytique d'un effet de synergie entre les deux ondes, montrent clairement l'intérêt de ces scénarios et motivent la mise au point de nouvelles expériences.