Afin de générer des plasmas performants sur de longues durées, un tokamak nécessite des dispositifs de chauffage et de génération de courant additionnels. Des antennes haute-fréquences, délivrant des puissances de plusieurs mégawatts au plasma, sont actuellement utilisées dans de nombreux tokamaks. Pour optimiser les performances de chauffage et de génération de courant obtenues avec le système LH (fréquence de quelques gigahertz), une bonne maitrise du couplage de l'onde émise par l'antenne au plasma de bord est nécessaire. Or, des effets non-linéaires dépendant du niveau de puissance HF injectée dans le plasma perturbent fortement le couplage de l'onde LH pour certains paramètres de bord (densité et température en particulier). Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur l'étude du couplage linéaire et non-linéaire de l'onde LH au plasma de bord. Dans le cadre de l'installation d'une antenne dite « Passive Active Multijunction » en 2009 sur le tokamak Tore Supra visant à tester le système LH proposé pour ITER, la caractérisation du couplage obtenu avec cette antenne a été réalisée à partir d'expériences menées à basse puissance sur Tore Supra. Les résultats, analysés conjointement avec l'utilisation d'un code de couplage (ALOHA), ont ainsi validé les prédictions théoriques prévoyant de bonnes propriétés de couplage à des densités de plasma de bord faibles. Par ailleurs, l'effet pondéromoteur a été clairement identifié comme responsable de la forte détérioration du couplage de l'onde mesurée sous certaines conditions de plasma de bord. / In order to achieve long pulse operation with a tokamak, additional heating and current drive systems are necessary. High frequency antennas, which deliver several megawatts of power to the plasma, are currently used in several tokamaks. Moreover, a good control of the coupling of the wave launched by the antenna to the edge plasma is required to optimize the efficiency of heating and current drive LH systems. However, non-linear effects which depend on the level of injected power in the plasma strongly damage the coupling of the LH wave at particular edge parameters (density and temperature profiles). Results presented in the manuscript deal with the study of the linear and non-linear coupling of the LH wave to the plasma. In the framework of the commissioning of the Passive Active Multijunction antenna in 2009 on the Tore Supra tokamak aiming at validating the LH system suggested for ITER, the characterisation of its coupling properties was realized from low power experiments. The experimental results, which are compared with the linear coupling code ALOHA, have valided the theoretical predictions of good coupling at edge plasma density around the cut-off density. Besides, the ponderomotive effect is clearly identified as responsible for the deterioration in the coupling of the wave, which is measured under particular edge plasma conditions. A theoretical model combining the coupling of the LH wave with the ponderomotive force is suggested to explain the experimental observations.

On présente une modélisation tout-analytique d’hologrammes épais uni- ou bidimensionnels (1D/2D), passifs ou actifs, pouvant être photo-inscrits dans des matrices de polymère éventuellement dopées, par exemple en vue de réaliser à faible coût des lasers DFB. Les outils et hypothèses de la modélisation (formalismes des ondes couplées et des matrices de transfert, régime de diffraction de Bragg, hypothèse des enveloppes lentement variables, approche perturbative) sont d’abord introduits et appliqués au cas d’un hologramme épais 1D (réseau en transmission) placé dans une cavité Fabry-Pérot. On montre que la matrice de transfert et la réponse de la structure sont entièrement gouvernées par quelques paramètres réduits : désaccord de phase des ondes co-propagatives avec la condition de Bragg du réseau et coefficients de couplage entre ces ondes. L’étude est ensuite étendue au cas d’un hologramme épais 2D, superposition de réseaux en transmission et en réflexion distribuée placés dans une cavité Fabry-Pérot. On montre que l’approche tout-analytique reste valide au prix de changements judicieux de base de décomposition des champs. Quelques paramètres suffisent à nouveau à décrire le système : désaccord avec la condition de Bragg de chaque réseau et coefficients de couplage entre ondes respectivement co- et contra-propagatives. Enfin, les bases d’une extension du traitement tout-analytique à un hologramme 2D actif sont posées. La présence d’une source localisée d’émission spontanée est prise en compte via une extension du formalisme des matrices de transfert. On montre que l’émission de la source est filtrée angulairement et spectralement par la cavité que forme l’H2D passif. / This work is devoted to an analytical modelling of thick, one- or two-dimensional (1D/2D), passive or active holograms. Such devices can be obtained by photoinscription of diffraction gratings in polymer matrices, e.g. for the fabrication of low-cost DFB lasers. First we introduce the tools and hypotheses (coupled-mode theory, transfer matrix formalism, Bragg diffraction regime, slowly-varying envelopes, perturbative approach) of our model and apply them to the case of a thick 1D hologram (transmission grating) in a Fabry-Pérot cavity. We show that its transfer matrix and optical response are entirely governed by a small set of adimensional parameters that quantify the phase mismatch with the Bragg condition of the grating and coupling constants between co-directional waves. We then extend our study to the case of a thick 2D hologram resulting from the crossed superposition of a transmission grating and a distributed Bragg reflector in a Fabry-Pérot cavity. We establish that our all-analytical approach remains valid, provided fields are expressed in a well-chosen basis. Again, a small set of physical parameters (phase mismatch with each grating’s Bragg condition, co- and contra-directional coupling constants) is shown to completely describe the behaviour of the device. Finally, we lay the foundations of an extension of our analytical treatment to the case of an active 2D hologram containing a single localized point source, whose isotropic spontaneous emission is readily taken into account through an extension of the transfer matrix formalism. We show that the emission is angularly and spectrally filtered by the response of the passive 2D hologram previously described.