Doctorat en physique des plasmas (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Contexte scientifique général
Dans les colonnes de plasma confinées par un champ magnétique axial, l’existence de gradients radiaux de pression et de potentiel (ou d’un champ électrique radial) perpendiculaires au champ magnétique génère des écoulements azimutaux intenses. Cette configuration classique peut déclencher des instabilités centrifuges, de Kelvin-Helmholtz ou des ondes de dérive. Leur évolution non linéaire peut conduire à l’émergence de structures cohérentes à grande échelle ou à de la turbulence, entraînant un transport radial important du plasma — et donc une dégradation de son confinement. Comprendre ce transport turbulent est crucial, tant pour la recherche fondamentale que pour les applications.
Les modèles théoriques des instabilités centrifuges se limitaient jusqu’ici à des régimes où la vitesse de phase de l’instabilité est faible par rapport à la fréquence cyclotron ionique. Or, cette approximation basse fréquence ne s’applique pas à la plupart des expériences, où la vitesse de phase est du même ordre de grandeur que la fréquence cyclotron ionique. Des travaux récents étendent l’analyse de stabilité linéaire au-delà de cette approximation, en négligeant les collisions et les effets gyrovisqueux. Cependant, ce modèle ne reproduit pas certaines caractéristiques expérimentales, comme l’émergence d’un mode dominant à faible nombre de modes azimutaux (généralement 1 ou 2), et ne permet pas d’estimer précisément le transport turbulent, essentiel pour prédire les profils d’équilibre du plasma.

Objectifs et planning prévisionnel
Ce projet de thèse vise à caractériser expérimentalement les instabilités centrifuges et le transport turbulent associé dans l’expérience Von Kármán (une colonne de plasma de 1 m de long et 20 cm de diamètre, opérationnelle depuis plusieurs années). L’accent sera mis sur deux paramètres adimensionnels :
i) le rapport entre la fréquence de rotation du plasma et la fréquence cyclotron ionique (caractérisant l’influence de la magnétisation des ions) ;
ii) le rapport entre la fréquence de rotation du plasma et la fréquence de collision ion-neutre (caractérisant l’influence du frottement des neutres sur les ions).
La première année sera consacrée au développement de techniques de contrôle de la rotation du plasma pour obtenir des profils de rotation rapide et solide, permettant d’isoler les instabilités centrifuges. Ces techniques s’appuieront sur des cathodes émissives polarisées pour contrôler le profil de potentiel et générer des écoulements azimutaux intenses, comme démontré dans une thèse précédente. L’innovation réside dans l’utilisation de cathodes très émissives (jusqu’à 20 A) et d’une nouvelle source d’ionisation par micro-ondes.
La deuxième année portera sur la description expérimentale précise des vitesses de rotation et des profils d’équilibre des paramètres du plasma, notamment la caractérisation d’un champ électrique intense en bordure de colonne, appelé gaine anodique. Les données seront comparées aux modèles développés en collaboration avec l’équipe LAPLACE à Toulouse.
La troisième année se concentrera sur l’influence de la magnétisation des ions et des collisions sur les instabilités centrifuges. La dynamique des structures à grande échelle sera étudiée par imagerie rapide de l’émission spontanée du plasma, et les fluctuations des paramètres ainsi que le transport turbulent seront mesurés à l’aide de sondes électrostatiques avancées. Des lois d’échelle pour l’évolution des diffusivités turbulentes en fonction de la magnétisation et du frottement neutre seront extraites.

Votre Environnement de Travail

Projet au Laboratoire de Physique, sur le site Monod de l'Ecole Normale Supérieure de Lyon. Toutes les méthodes expérimentales sont disponibles et actuellement pleinement opérationnelles au laboratoire.

Environnement collaboratif: Les instabilités centrifuges ne se limitent pas aux colonnes de plasma magnétisé en laboratoire, mais se produisent également dans des objets astrophysiques, comme les magnétosphères des disques de plasma des géantes gazeuses. Les cas de Saturne et Jupiter ont récemment suscité beaucoup d’attention, et la compréhension et la paramétrisation du transport turbulent dans ce contexte astrophysique restent des questions ouvertes. Cette thèse s’inscrira dans un programme de recherche commun avec des collègues à Toulouse (Laplace et IRAP) et à Marseille (PIIM), et le doctorant participera à plusieurs projets collaboratifs.
Au cours de la deuxième année du projet de thèse, les travaux seront menés en étroite collaboration avec nos collègues du laboratoire Laplace, où des modèles numériques et analytiques sont développés pour prédire le contrôle du potentiel du plasma et l’entraînement des flux à partir d’électrodes polarisées.
Au cours de la troisième année du projet de thèse, les travaux bénéficieront de l’expertise complémentaire des groupes PIIM et IRAP en modélisation théorique et en simulations numériques des instabilités centrifuges, dans le contexte des dispositifs de laboratoire et des géantes gazeuses.

Contraintes et risques

De part sa nature expérimentale, ce projet n'est pas compatible avec des périodes en de travail à distance. Pas de risques à signaler.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est de 2 300€ brut mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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