Contexte :

Ce sujet de thèse s’inscrit dans le cadre des travaux théoriques préparatoires à l’atteinte de la fusion thermonucléaire de noyaux de Deutérium et de Tritium par implosion d’une bille de DT cryogénique en atteinte indirecte sur le Laser MégaJoule (LMJ). Plusieurs instabilités, entravant la propagation laser, peuvent limiter l’efficacité de la fusion. La plus dangereuse d’entre elles est certainement la diffusion Raman stimulée qui est au coeur du sujet de thèse.

Objectif de la thèse :

L’objectif principal de la thèse est d’aboutir à une description théorique du principal mécanisme de saturation de la diffusion Raman stimulée, qui est la croissance de modes secondaires. En effet, par diffusion Raman stimulée, un laser intense génère une onde électromagnétique rétrodiffusée et une onde plasma électronique, qui est de nature électrostatique. Or, on sait qu’une telle onde de grande amplitude est sujette à une instabilité secondaire, de type électrostatique, qui élargit considérablement son spectre en fréquence. Cela détruit la cohérence du couplage à 3 ondes qui est à la base de la diffusion Raman stimulée, et sature ainsi sa croissance. L’instabilité électrostatique secondaire, que l’on veut étudier, repose sur des mécanismes de type cinétique, c’est-à-dire sur la déformation de la fonction de distribution électronique. Nous voulons en obtenir une description analytique de manière à pouvoir modéliser la diffusion Raman stimulée à l’aide d’équations dites d’enveloppe, que l’on résoudra numériquement. Cela revient purement et simplement à décrire la diffusion Raman stimulée dans le régime cinétique aussi simplement que si l’on avait à traiter un problème fluide. C’est un enjeu majeur pour obtenir un outil numérique capable de dimensionner les expériences de fusion, parce qu’un code cinétique nécessiterait des ressources informatiques qui sont hors de portée. Nous disposons d’ores et déjà d’un code d’enveloppe modélisant la diffusion Raman stimulée dans le régime cinétique non linéaire. L’objectif de la thèse est de l’enrichir d’un mécanisme de saturation qui n’est, pour l’instant, pas correctement pris en compte.

Déroulement de la thèse :

La première partie de la thèse consistera en une étude théorique de la stabilité d’une onde plasma générée par Raman. Plus précisément, il s’agira de revisiter les divers modèles théoriques proposés dans la littérature, ainsi que de bâtir une théorie plus solide que ce qui existe à l’heure actuelle. Cette théorie devra être effective dans le régime non linéaire de l’instabilité. On s’attachera ensuite à obtenir des équations d’enveloppe couplées décrivant la diffusion Raman stimulée tout en tenant compte de la croissance, linéaire et non linéaire, de modes secondaires. Dans une troisième partie, on implémentera ces équations dans notre code d’enveloppe et on essaiera de faire des comparaisons entre notre code et des codes plus complets, de type cinétique, tels que des codes Particle In Cell, par exemple.

Ce sujet s’adresse à un étudiant ayant un large spectre de connaissances en physique, dont il aura approfondi les concepts de base. Le candidat devra aussi avoir une aisance en mathématique et une capacité d’abstraction suffisante pour manipuler sans difficulté les outils du formalisme variationnel, et en particulier la dynamique Hamiltonienne, intervenant dans la théorie.

Directeur de thèse et école doctorale :

Didier BENISTI – ED Onde et Matière – ED 572 – Université Paris-Saclay

Contact :

Didier BENISTI – CEA/DIF – Bruyères-le-Châtel – 91297 Arpajon – 01 69 26 40 00