Simulation numérique du transport dans le plasma de bord en configuration stellarator par une méthode éléments-finis d’ordre élevé Galerkin discontinue. // Numerical modelling of the transport in the edge plasma of a stellarator by a high order discontinu

La configuration stellarator est retenue par la start-up Renaissance Fusion pour le développement d’un prototype de réacteur à Fusion. Cette configuration non-axisymétrique ne peut pas actuellement être modélisée avec l’outil d’étude du plasma de bord SOLEDGE3X développé à l’IRFM qui se base sur un algorithme volumes-finis avec un maillage aligné sur des surfaces de flux axisymétriques (adapté pour la configuration tokamak). Depuis quelques années, une collaboration entre l’IRFM et le laboratoire M2P2 (Marseille) a permis de développer une version éléments-finis de SOLEDGE utilisant une méthode Hybrid Discontinuous Galerkin (HDG) d’ordre élevé sur un maillage non-aligné avec le champ magnétique. En relaxant la contrainte sur l’alignement du maillage avec le champ magnétique, cette version HDG plus flexible peut en théorie simuler la configuration stellarator. Cependant, les applications actuelles se sont orientées en majorité sur la configuration tokamak pour WEST et ITER (modélisation 2D-axisymétrique). Une extension à une configuration 3D non-axisymétrique prometteuse pour simuler le ripple dans WEST (champ d’erreur lié au nombre fini de bobines) a démontré la capacité du code à simuler ce type de configuration magnétique complexe. Le travail de thèse consistera à améliorer cette version éléments-finis de SOLEDGE et à l’appliquer pour la première fois à une configuration stellarator. En particulier, il conviendra de définir les méthodes numériques les plus efficaces pour traiter la forte anisotropie du transport de la chaleur.
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The stellarator configuration has been chosen by the Renaissance Fusion start-up for the development of a prototype Fusion reactor. This non-axisymmetric configuration cannot currently be modelled with the SOLEDGE3X edge plasma code developed at IRFM, which is based on a finite volume algorithm with a mesh aligned on axisymmetric flux surfaces (well-suited for the tokamak configuration). In recent years, a collaboration between the IRFM and the M2P2 laboratory (Marseille) has led to the development of an finite element version of SOLEDGE using a high-order Hybrid Discontinuous Galerkin (HDG) method on a mesh not aligned with the magnetic field. By relaxing the constraint on mesh alignment with the magnetic field, this more flexible HDG version can theoretically simulate the stellarator configuration. However, current applications have focused mainly on the tokamak configuration for WEST and ITER (2D-axisymmetric modelling). An extension to a promising non-axisymmetric 3D configuration to simulate the ripple in WEST (error field linked to the finite number of coils) has demonstrated the code's ability to simulate this type of complex magnetic configuration. The aim of this thesis is to improve this finite-element version of SOLEDGE and apply it for the first time to a stellarator configuration. In particular, the high anisotropy of the heat transport requires developing innovative effective numerical methods that the student will have to investigate.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique
Service : Service de Physique des Plasmas de Fusion
Laboratoire : Groupe Mesures Physiques Plasma
Date de début souhaitée : 01-11-2024
Ecole doctorale : Sciences pour l’Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (SIMPMN)
Directeur de thèse : SERRE Eric
Organisme : CNRS
Laboratoire : M2P2 Marseille
URL : www.soledge3x.com

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique
Service : Service de Physique des Plasmas de Fusion

Master en mathématiques appliquées, Fusion, mécanique des fluides. Ecole d'ingénieur