Année Universitaire 2009 ~ 2010 - Laboratoire d`Automatique de

THESE
Présentée à
L’UNIVERSITE ABOU-BAKR BELKAÏD – TLEMCEN
Pour obtenir le grade de Docteur
Option: Physique Electronique et Modélisation
Par
Melle SABRI Naima Ghoutia
Devant le jury d’examen
Président
S.M. BOUGUIMA Professeur à l’Université Abou-Bakr Belkaïd – Tlemcen
Directeur de Thèse
T. BENOUAZ Professeur à l’Université Abou-Bakr Belkaïd – Tlemcen
Examinateurs
A. BELGHACHI Professeur à l’Université de Bechar
A. HELMAOUI Professeur à l’Université de Bechar
H. BOUSLOUS Professeur à l’Université de Marrakech
–––––––––––––––––––––––––––––
Année Universitaire 2009 ~ 2010
Etude de la Propagation d’une Onde Electromagnétique
dans un Plasma de Tokamak –Interaction Onde-Plasma

DEDICACES
A l’aide de Dieu tout puisant, j’ai pu
réaliser ce modeste travail que je dédie :
A la mémoire de mon père.
A ma mère que dieu la garde, pour son
amour, son encouragement durant toutes
mes études.
A mes sœurs : Nacera, Fatima, Samira et
Nawal.
A mes frères
A mes nièces et mes neveux,
spécialement: Rania، Amine ،Fayçal et
Imad.
A tous mes amis (es).
NAIMA GHOUTIA

REMERCIEMENTS
Ce travail de thèse est effectué au Laboratoire de Physique Electronique et
Modélisation à l‘Université Abou Bekr Belkaid-Tlemcen.
Je souhaite remercier en premier lieu mon directeur de thèse Mr BENOUAZ
Tayeb Professeur à l'Université Abou Bekr Belkaid-Tlemcen, Département de
Physique. Qu’il trouve ici l'expression de ma profonde reconnaissance, tant pour
m'avoir accordé sa confiance en me proposant cette étude que pour son énorme aide
et encouragement tout au long de cette recherche, ainsi que pour sa vaste gentillesse
et ses qualités scientifiques. Qu’il soit assuré de ma profonde gratitude.
J'adresse mes remerciements les plus chaleureux à Mr Antoine Pochelon,
Maître d'enseignement et de recherche à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
en Suisse pour m'avoir accueilli au sein du Centre de Recherche en Physique des
Plasmas pendant la période de mon stage. Je lui suis également reconnaissante pour
sa disponibilité, ses qualités pédagogiques et scientifiques. Je lui adresse toute ma
gratitude.
J'adresse de sincères remerciements à Mr BOUGUIMA Sidi Mohammed ,
Professeur à l'Université Abou Bekr Belkaid -Tlemcen, pour l'honneur qu'il me fait en
présidant ce jury de thèse.
Je tiens à remercier Mr BELGHACHI Abderrahmane, Professeur à l'Université
de Bechar, pour avoir accepté de faire partie de mon jury.
Je remercie également Mr HELMAOUI Abderrachid, Professeur à l'Université
de Bechar, pour avoir accepté de juger ce travail et participer à ce jury.
Je tiens à remercier tous mes camarades du laboratoire, plus particulièrement
ceux qui se reconnaîtront, pour leur soutien et leur bonne humeur.
Enfin, je présente mon respect et mes vifs remerciements à tout ceux et celles
qui ont contribué à la réalisation de cette thèse.

Table des Matières
Introduction Générale 6
1 La Fusion Thermonucléaire Contôlée 17
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2 Qu’est-ce qu’un plasma? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.1 Les paramètres caractéristiques de plasma : . . . . . . . . . . . . 20
1.3 Les di¤érents types de Plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.3.1 Plasmas réactifs: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.2 Plasmas Thermiques: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.3 Plasma relativiste: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.4 Plasma collisinnel: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.3.5 Plasma non collisionnel: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.4 Principe de la fusion thermonucléaire: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.5 Bilan de puissance & conditions nécessaires: . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.5.1 Bilan de Puissance: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.5.2 Ignition et critère de Lawson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.6 Principe de con…nement magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.6.1 Paramètres géométriques de la con…guration magnétique . . . . . 37
1.7 Les dispositifs de con…nement : Tokamak . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.7.1 Les principaux composants d’un Tokamak : . . . . . . . . . . . . 40
1.7.2 Description du mécanisme de fonctionnement: . . . . . . . . . . . 41
1

1.8 Stabilité & disruption d’un plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.9 Production et transformation de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
1.10 Conclusion: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2 Ondes Dans Les Plasmas Froids Magnétisés- Application de la rotation
de Faraday 48
2.1 Notions Générales: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.1.1 Equations de Maxwell: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.1.2 Relation constitutive du milieu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.1.3 Description statistique du plasma: . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.1.4 Propriétés du milieu plasma: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.1.5 Le tenseur diélectrique: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.2 Mode propres de propagation dans un plasma froid,homogène, station-
naire, magnétisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.2.1 Equation de dispersion: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.2.2 Coupures & Résonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.2.3 Propagation perpendiculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.2.4 Propagation parallèle: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.2.5 Propagation oblique : (Onde basse fréquence MHD) . . . . . . . . 69
2.3 Diagramme CMA: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.4 Simulation d’un isolateur à rotation de Faraday . . . . . . . . . . . . . . 72
2.4.1 Isolateur de Faraday: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.4.2 Principe de fonctionement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3 Etude des ondes de Bernstein électronique dans un plasma chaud mag-
nétisé 81
3.1 Propriétés élémentaires des plasmas chauds . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.1.1 Ionisation. Loi de Saha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2