Dans la région spectrale des transitions 2p-nd, n ≥ 3, les opacités de plasmas d’éléments de numéros atomiques Z voisins ont été mesurées et analysées avec des codes de physique atomique. Les simulations hydrodynamiques, fondées sur les mesures de température radiative effectuées à l’aide du spectromètre µDMX, ont été utilisées pour estimer les températures et densités des échantillons chauffés par une cavité laser. Les comparaisons avec les mesures permettent alors de valider les codes d’opacité dans les cas choisis et d’élucider un certain nombre d’effets importants dans la modélisation comme l’élargissement thermique des structures d’absorption, la séparation spin-orbite et l’interaction de configurations relativistes.

Ce travail concerne le calcul quantique de la structure atomique au-delà du modèle de l’ion moyen. Notre approche inclut les fluctuations dues aux configurations électroniques décrivant différents états d’ionisation et d’excitation. Nous disposons maintenant d’un modèle de plasma capable de produire des équations d’état, coefficients de transport et opacités à l’Équilibre thermodynamique local (ETL). Nous présentons son application au calcul de la résistivité électrique statique dans la formulation de Ziman-Evans.

L’opacité est une grandeur physique fondamentale pour décrire le transport de l’énergie dans les plasmas à haute densité d’énergie. Le besoin de calculs précis d’opacité est partagé par différents domaines de recherche tels que la modélisation des intérieurs stellaires ou celle de l’évolution des plasmas de laboratoire. La précision d’un calcul d’opacité peut être évaluée grâce à des comparaisons code-à-code. Ces comparaisons sont le plus souvent réalisées sur des grandeurs moyennes. Leur intérêt est ainsi limité par le fait qu’entre deux codes de même niveau de sophistication, le nombre et la nature des approximations qu’ils mettent en jeu, et qui les différencient peuvent conduire à des résultats théoriques comparables par simple effet de compensation. Dans ces conditions, seul le résultat d’une mesure de qualité permet de discriminer entre les différents calculs.

Les spectres d’absorption et d’émission des plasmas d’ions multichargés comprennent un grand nombre de raies dipolaires électriques et de configurations, imposant de recourir à des méthodes globales. Nous avons étudié l’effet des moments d’ordre élevé de la distribution des raies sur la modélisation des faisceaux de transitions, et amélioré le traitement des interactions électron-électron dans le cadre de l’approche des superconfigurations. Nous avons également proposé des méthodes numériques efficaces pour dénombrer les niveaux et les états des ions et par conséquent le nombre de raies d’un faisceau. Ces études ont pour objectif de développer un code de calcul d’opacité hybride combinant l’approche (statistique) des superconfigurations et le calcul (détaillé) de la structure atomique.

Les plasmas denses sont des systèmes complexes, difficiles à caractériser expérimentalement. Les techniques de calcul dites « ab initio » permettent de calculer des grandeurs directement mesurables par l’expérience tout en amenant de précieuses informations sur la structure microscopique des matériaux. Le développement des calculateurs massivement parallèles a permis d’étendre leur domaine d’application avec succès, de la physique du solide à la physique des plasmas denses. Les spectres d'absorption X, tels que le XANES (X-ray Absorption Near Edge Spectroscopy), sont couramment mesurés pour caractériser avec précision l’état de la matière. Nous avons donc développé une méthode permettant de les calculer en utilisant les techniques dites « ab initio ».

L’étude des plasmas chauds consiste à déterminer l’ionisation moyenne, la pression, l’énergie interne, ou les coefficients d’absorption et d’émission du rayonnement. La notion de supraconfiguration permet d’aborder la physique atomique de ces plasmas, en transformant le problème des ions dans un grand nombre d’états possibles en un problème plus simple et accessible au calcul, par des regroupements et des moyennes adéquates. De nombreux développements ont été effectués récemment au CEA - DAM, pour étendre les possibilités de calcul et de diagnostic des propriétés structurales et radiatives des plasmas chauds dans le formalisme des supraconfigurations.