Author: Bernard Saramito

Publisher: Elsevier Masson

Published: 1994

Total Pages: 258

ISBN-13: 9782225844843

Ce livre étudie mathématiquement et numériquement certains des principaux types d'instabilité de l'état d'équilibre d'un plasma décrit par les équations de la magnétohydrodynamique (MHD), c'est-à-dire lorsque l'on considère le plasma comme un fluide compressible en interaction avec un champ magnétique. D'un point de vue physique, la stabilité linéarisée d'un état d'équilibre est assez bien connue. Cependant, le temps pendant lequel le plasma doit rester confiné à l'intérieur de la machine est assez grand, surtout dans les nouveaux tokamaks; il faut donc étudier le comportement non linéaire des perturbations de l'équilibre, et parfois le comportement asymptotique de ces solutions pour des temps très grands. Pour ce faire, on s'intéresse à deux types d'instabilités : la convection engendrée par le gradient de la pression de l'état d'équilibre et le déchirement des surfaces magnétiques créé par le gradient de la densité de courant à l'équilibre. On procède à l'étude numérique de ces instabilités en construisant deux modèles bidimensionnels pour chacune d'elles (code en éléments finis, méthodes spectrales). Si le problème de l'instabilité "tearing" peut être considéré comme un problème incompressible, il n'en est pas de même de la convection, la compressibilité du plasma comportant une difficulté mathématique non négligeable. Certains résultats exposés concernent donc un problème modèle de fluide compressible en stationnaire (existence globale de solutions, existence locale et unicité de solutions régulières à l'aide de techniques de type Nash-Moser). Par ailleurs, le cadre mathématique adapté à l'étude de la stabilité d'un état d'équilibre est celui de la théorie des bifurcations. Sont d'abord obtenues des branches de solutions stationnaires bifurquant à partir de l'équilibre avec une justification mathématique à l'aide d'opérations compactes pour chaque instabilité (localement pour la convection). Sous certaines hypothèses, le problème de la convection d'un plasma est approché par celui de la convection de Bénard pour un fluide incompressible. L'étude de la transition vers la turbulence à l'aide de bifurcations successives n'est alors entreprise que sur ce problème approché, pour lequel on obtient des résultats concernant le comportement asymptotique des solutions. Les résultats relatifs à l'instabilité de déchirement des surfaces magnétiques sont ensuite présentés. Tous les résultats mathématiques sont présentés dans un cadre général. Certains sont valables en dimension 2 ou 3, d'autres ne concernent que la dimension 2. Leur application à l'étude des deux types d'instabilité permet une interprétation théorique de divers phénomènes physiques. Certaines analogies avec des problèmes fluides sont développées et de nouveaux résultats sont exposés.