Description du sujet de thèse

Ecoulement de métal liquide en fusion par confinement magnétique : modélisation numériques.

La compréhension de la physique et du contrôle de la fusion thermonucléaire a progressé au cours des dernières décennies et plusieurs réacteurs de fusion fonctionnent de manière expérimentale dans le monde entier. La plupart des configurations explorées utilisent un système de confinement alimenté par un mélange de plasma deutérium-tricium (DT). Le confinement magnétique est la stratégie la plus avancée pour exploiter l'énergie de fusion à des fins de production d'électricité. Dans ce contexte, des bobines magnétiques supra-conductrices fournissent un champ magnétique puissant qui confine le plasma DT jusqu'à ce qu'il atteigne le point de rupture. L'activité du plasma est sujette à des instabilités (c'est-à-dire des modes et des perturbations localisées sur les bords) qui libèrent des flux importants d'électrons, de neutrons, de particules Alpha et de chaleur (thermique et radiative) vers l'extérieur du confinement du plasma. La couverture nucléaire (Blancket) protège en particulier les bobines (supra-conductrices) des effets néfastes de l'activité du plasma sur les composantes essentielles au fonctionnement de la machine.

Les composants de couverture à métal liquide face au plasma offrent une alternative aux défis de protection les plus exigeants. Ils peuvent résister aux flux de chaleur sans de graves dommages et ouvrent la possibilité de régimes de fonctionnement de la fusion magnétique entièrement nouveaux. Des technologies innovantes sont nécessaires pour réaliser le potentiel du processus de fusion. Les surfaces de lithium liquide sont une innovation qui pourrait tenir la promesse de l'énergie de fusion dans la production d'électricité.

Cette proposition de doctorat portera sur la modélisation numérique du métal liquide qui s'écoule dans le cadre de la protection de la couverture. Cette fine couche de métal en écoulement est une alternative prometteuse pour protéger les dispositifs de fusion contre les éventuels dommages que les perturbations et les instabilités peuvent provoquer. La couverture de métal liquide fonctionne conformément aux principes de la magnéto-hydrodynamique (MHD), qui sont les mêmes que ceux qui produisent l'effet dynamo. La thèse abordera les défis numériques et la modélisation associée à la dynamique d'une fine couche de métal sous un fort champ magnétique et dans une géométrie complexe. La modélisation numérique, des écoulements de plasmas, est l'un des thèmes importants de l'équipe du projet Inria CASTOR (https://team.inria.fr/castor/) et de l'équipe du projet Eurovision JOREK (https://www.jorek.eu/).

Au cours de la première année du doctorat, le travail se concentrera sur le développement d'un élément fini courbe d'Hermite-Bezier en 3D pour le maillage SOL et l'ajustement avec les composants d'équilibre et les composants orientés vers le plasma. La partie théorique associée est déjà disponible. L'ajout d'applications numériques avec « Septic Hermite Bezier » conduira à un article scientifique adressé à un journal international de haut niveau.
Les deux dernières années seront consacrées à la modélisation numérique des écoulements de métaux liquides, en utilisant les stratégies numériques développées au cours de la première année.

Contexte de travail

Le travail sera co-encadré avec H. Guillard et se fera en collaboration avec l'IRFM (Guido Huijsmans). Cette thèse s'inscrit aussi dans le cadre de la fédération FR-FCM. Le CEA/IRFM hébergera la thèse pour favoriser les échanges avec les physiciens en charge du développement d'ITER.
https://math.univ-cotedazur.fr/
https://www.inria.fr/fr/castor
https://irfm.cea.fr/

Le candidat doit avoir une solide expérience de l'approche des éléments finis, de l'analyse numérique, de la programmation FORTRAN et du calcul à haute performance (HPC). Une certaine familiarité avec la physique des plasmas sera également appréciée.