Écoulements complexes

Expérience Luli de Jet de Plasma en astrophysique de laboratoire – crédit CEA

Les écoulements complexes rencontrés en astrophysique et en Fusion par confinement inertiel (FCI) font l’objet d’études analytiques, numériques et expérimentales.

Ces écoulements naissent, par exemple, au cours de l’interaction d’un faisceau laser avec un plasma ou en astrophysique de laboratoire. Sont étudiés le comportement des cibles à gain sous l’effet de flux intenses de rayonnement et l’endommagement potentiel que certaines configurations de cibles peuvent induire sur la chambre ou sur les diagnostics.

Pour en savoir plus

Édition 2014

Évaluation de modèles aux tensions de Reynolds pour l'interaction de mélanges turbulents avec des chocs Chocs Avancées 2014 / J. GRIFFOND, O. SOULARD (CEA - DAM Île-de-France)

L'interaction de chocs avec des mélanges homogènes est un problème difficile pour les modèles de turbulence. On résume ici une démarche menée à la DAM et développée dans deux articles successifs. Le premier montre comment les résultats tirés de l'analyse d'interaction linéaire (LIA) peuvent être synthétisés en matrices de transfert reliant les valeurs amont et aval des corrélations turbulentes du second ordre. Ces résultats sont obtenus dans la limite des mélanges faiblement turbulents. Le second est dédié à l'évaluation de trois modèles aux tensions de Reynolds augmentés (RSM) pour le même type d'interaction avec des mélanges faiblement turbulents. Celui-ci montre comment dériver des matrices de transfert pour les RSM analogues à celles de la LIA puis comment comparer les matrices ainsi obtenues à la référence donnée par la LIA. Des corrections destinées à améliorer la compatibilité avec la LIA sont finalement proposées pour l'un de ces RSM.

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Écoulements hypersoniques en atmosphère rarefiée - raffinement local de grille en vitesses Chocs Avancées 2014 / C. BARANGER, J. CLAUDEL, N. HEROUARD (CEA – CESTA), L. MIEUSSENS (Institut de Mathématiques de Bordeaux, UMR 5251 CNRS – Université de Bordeaux – Bordeaux INP)

De nombreuses méthodes déterministes simulant la dynamique des gaz raréfiés utilisent l’approximation en vitesse discrète de la fonction de distribution sur une grille cartésienne. Pour les écoulements hypersoniques tridimensionnels rencontrés dans les problèmes de rentrée atmosphérique, l’utilisation de ce type de grille rend les codes déterministes inutilisables en termes de taille mémoire et de temps de calcul, même sur le supercalculateur du CEA – DAM. Nous proposons une méthode de raffinement automatique de la grille de vitesse afin de diviser par 25 le coût d’un calcul en 3D (7 en 2D) tout en gardant la même précision sur le résultat.

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Édition 2013

Dynamique sub-picoseconde d’une surface d’aluminium lors d’une transition solide-liquide induite par laser Chocs Avancées 2013 / C. FOURMENT, F. DENEUVILLE, B. CHIMIER, D. DESCAMPS, F. DORCHIES, O. PEYRUSSE (Centre lasers intenses et applications - CELIA, UMR 5107 CNRS−CEA−Université de Bordeaux, Talence), P. COMBIS, L. VIDEAU (CEA - DAM Île-de-France)

La position d’une surface d’aluminium suivant son chauffage par une impulsion laser ultracourte a été mesurée avec une précision nanométrique et une résolution temporelle de l’ordre de 50 femtosecondes (10-15 s). La méthode expérimentale repose sur l’interféro-polarimétrie d’un faisceau sonde en réflexion sur la surface étudiée. Les mesures montrent un excellent accord avec le code hydrodynamique 1D ESTHER lorsque l'on décrit correctement la couche d’oxyde d’aluminium présente à la surface de la cible. L’expérience permet en outre la mesure des propriétés optiques (fonction diélectrique) de l’aluminium au cours de sa relaxation après le chauffage. Nous avons ainsi pu caractériser la propagation de l’onde de raréfaction sous la surface d’aluminium.

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Impacts hypervéloces sur du graphite : expériences et simulations Chocs Avancées 2013 / D. HÉBERT - G. SEISSON - I. BERTRON - J.-M. CHEVALIER - L. HALLO / CEA − Cesta L. VIDEAU, P. COMBIS (CEA − DAM Île-de-France), F. GUILLET (CEA − Le Ripault), M. BOUSTIE (ENSMA, Institut PPRIME, Université de Poitiers), L. BERTHE (ENSAM ParisTech, Paris)

La modélisation des impacts hypervéloces couvre une large gamme d’applications, dont la protection de satellites contre les débris spatiaux et celle d’équipements au sein des lasers de puissance tels que le LMJ. Le carbone, utilisé dans de nombreux matériaux composites, présente ainsi un fort intérêt. La compréhension de son comportement est donc une étape indispensable pour interpréter et simuler l’endommagement dans les composites à l’échelle mésoscopique. Nous présentons ici des résultats expérimentaux d’impacts à plus de 4 km/s d’une bille d’acier sur un graphite poreux. Des tomographies ont permis d’observer que les débris de la bille d’acier étaient présents sous la surface endommagée du matériau. Les simulations numériques permettent d’interpréter et de restituer les principaux phénomènes. Nous montrons enfin l’intérêt d’expériences de choc laser pour ajuster certains coefficients du modèle.

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Édition 2012

Description statistique des structures Zeeman dans les plasmas chauds Chocs Avancées 2012 / J.-C Pain, F. GiLLerona (CEA - DAM Île-de-France)

Quantifier l’influence d’un champ magnétique sur les profils de raies spectrales est important en astrophysique, en fusion par confinement inertiel ou encore pour les expériences sur des installations Z-pinch. Les structures Zeeman peuvent être décrites de manière statistique, en utilisant une distribution de Gram-Charlier (Gaussienne multipliée par une combinaison linéaire de polynômes de Hermite) paramétrée par les quatre premiers moments représentant force, énergie, asymétrie et aplatissement.
Cette méthode permet d’estimer rapidement et avec une bonne précision l’effet d’un champ magnétique intense sur un spectre.

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Évaluation des flux d’électrons dans la magnétosphère Chocs Avancées 2012 / d. Mourenas, J.-F. riPoLL (CEA - DAM Île-de-France)

Les satellites sont constamment soumis aux électrons énergétiques en provenance du soleil qui sont piégés par le champ magnétique terrestre dans des ceintures de radiations. Les doses reçues par l’électronique dépendent fortement de l’activité solaire et de la dynamique de la magnétosphère, en particulier des ondes électromagnétiques qui transportent les électrons d’une ligne de champ à une autre ou les précipitent dans l’atmosphère. L’objet de ce travail est le calcul analytique du temps de vie de ces électrons, nécessaire aux calculs de dose et utilisable dans des modèles globaux de prévision de météorologie spatiale. Leur utilisation pourrait à terme accélérer ces modèles et aider à estimer leur fiabilité.

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Édition 2010
Phénomènes d’accrétion magnétique en astrophysique de laboratoire : projet POLAR Chocs Avancées 2010 / E. Falize, B. Loupias, J.-P. Leidinger, C. Busschaert (CEA - DAM Île-de-France), A. Ravasio, M. Koenig, A. Dizière, C. D. Gregory (Laboratoire pour l’utilisation des lasers intenses (LUL I), École Polytechnique, Palaiseau), C. Michaut, C. Cavet (Laboratoire Univers et Théorie (LU TH), CNRS, Observatoire de Paris, Meudon)

Le projet POLAR est un projet d’astrophysique de laboratoire dont l’objectif est de reproduire les processus de hautes énergies que l’on rencontre dans les variables cataclysmiques magnétiques. Au fait que le rayonnement, la matière et le champ magnétique sont fortement couplés dans ces environnements extrêmes, s’ajoute la difficulté à les observer directement, ce qui complique encore leur modélisation. Grâce aux remarquables propriétés de similarité qu’ils présentent, nous pouvons, à l’aide des lasers de puissance, en reproduire une réplique homothétique et caractériser sa dynamique. Ainsi, les expériences lasers deviennent des outils essentiels et complémentaires aux observations astronomiques afin de tester, valider et améliorer notre compréhension des phénomènes astrophysiques.

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Édition 2008
Astrophysique de laboratoire : des lasers pour comprendre l’univers Chocs Avancées 2008 / S. BOUQUET, E. FALIZE, B. LOUPIAS (CEA - DAM - ÎLE-DE-FRANCE)

L’astrophysique de laboratoire est une nouvelle thématique visant à étudier des phénomènes et objets astrophysiques en laboratoire, à l’aide de lasers de puissance. Le lien entre le plasma laser et celui d’astrophysique est établi par des lois d’échelle, étudiées pour différents régimes d’hydrodynamique radiative. Pour la première fois, la pertinence de ces expériences pour l’astrophysique est démontrée de façon rigoureuse.

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Interaction d’un jet de plasma supersonique avec un gaz Chocs Avancées 2008 / P. NICOLAI, V. TIKHONCHUK, C. STENZ, X. RIBEYRE (CENTRE LASERS INTENSES ET APPLICATIONS (CELIA), UMR 5107 UNIVERSITE DE BORDEAUX 1, CNRS ET CEA - CESTA)

L'interaction d'un jet de plasma supersonique avec différents gaz à des pressions variées a été étudiée expérimentalement, analysée et interprétée numériquement. En changeant la nature du gaz, nous avons obtenu des évolutions quasi adiabatiques ou, au contraire, fortement dépendantes du refroidissement radiatif. Les structures obtenues sont similaires à celles observées dans certains objets astrophysiques à l’image des chocs courbes se propageant dans les gaz moléculaires, les matériaux sous choc, les discontinuités de contact et les disques de Mach.

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Un nouveau procédé d’allumage pour la fusion inertielle par laser Chocs Avancées 2008 / G. SCHURTZ, X. RIBEYRE, M. LAFON (CENTRE LASERS INTENSES ET APPLICATIONS (CELIA), UMR 5107 UNIVERSITE DE BORDEAUX 1, CNRS ET CEA - CESTA)

Parmi les différentes voies qui sont suivies dans le but d’obtenir la fusion thermonucléaire par confinement inertiel (FCI), celle de l’allumage par chocs est particulièrement bien adaptée aux exigences d’un futur réacteur. Cette approche est développée au laboratoire CELIA, avec des premiers résultats prometteurs.

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Une cavité en forme de ballon de rugby pour le LMJ Chocs Avancées 2008 / M. VANDENBOOMGAERDE, J. BASTIAN, A. CASNER, D. GALMICHE, J.-P. JADAUD, S. LAFITTE, S. LIBERATORE, G. MALINIE, F. PHILIPPE (CEA - DAM - ÎLE-DE-FRANCE)

Lors de la montée en puissance du Laser MegaJoule (LMJ), l’activation des 160 premiers faisceaux laser permettra de réaliser des expériences d’ignition. Ces expériences seront contraintes par une puissance laser et une symétrie d’irradiation du microballon fusible réduites par rapport au schéma à 240 faisceaux. Depuis 2002, nous utilisons une nouvelle géométrie de cavité en forme de ballon de rugby sur l’installation laser Omega (États-Unis). Des codes de simulation et des modèles montrent, qu’à l’échelle du LMJ, cette cavité présente des avantages par rapport à une cavité classique : elle permet de maintenir une bonne irradiation et réduit l’énergie laser à investir.

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Ralentissement de particules suprathermiques dans un milieu hétérogène aléatoire pour la FCI Chocs Avancées 2008 / R. SENTIS, J.-F. CLOUËT (CEA - DAM - ÎLE-DE-FRANCE), F. GOLSE (ECOLE POLYTECHNIQUE, PALAISEAU), M. PUEL (UNIVERSITE P. SABATIER, TOULOUSE)

Dans le cadre des plasmas de fusion par laser, on étudie un problème de ralentissement de particules chargées suprathermiques. Nous nous plaçons dans le cadre d’une géométrie aléatoire binaire composée de deux matériaux et nous cherchons à déterminer la fraction P de particules qui s’arrêtent dans un des matériaux.

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Édition 2006
Succès des premières expériences ouvertes sur la LIL Chocs Avancées 2006 / G. SCHURTZ (CELIA - UMR 5107 - Université de Bordeaux I / CNRS / CEA)

La Ligne d’Intégration Laser (LIL) a produit, en décembre 2005, une série de tirs de puissance destinés à une campagne d’expérience de physique des plasmas. Il s’agit en fait de la première campagne d’expériences “ouvertes”, c’est-à-dire réalisées pour les besoins de la recherche académique.
L’expérience, proposée par le CELIA suite à un appel d’offre de l’Institut des Lasers et Plasmas, a été préparée et conduite par une équipe réunissant des physiciens du CELIA, de l’École Polytechnique, de la Direction des sciences de la matière du CEA, et du CEA - DAM. Elle avait pour but de mesurer la vitesse de l’onde thermique induite par l’éclairement laser dans une cible solide, dans des conditions comparables à celles qui règneront dans les cibles de fusion par confinement inertiel qui seront expérimentées sur le Laser MégaJoule (LMJ).

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Mise à jour : 23/09/2016