Finaliste Prix EPFL de doctorats 2018 - Fabio Riva

Comprendre la dynamique des plasmas dans les tokamaks est d’importance cruciale pour pouvoir prédire les performances de futures expériences de fusion de façon fiable. En raison des phénomènes très complexes en jeu, des codes de simulation de pointe sont nécessaires pour étudier les propriétés des plasmas. La méthodologie utilisée pour évaluer la fiabilité des codes numériques constitue la procédure de vérification et de validation (V&V). V&V est composée de trois tâches: vérifier l’implémentation correcte d’un modèle physique dans un code de simulation, estimer les erreurs numériques affectant les simulations et valider les résultats numériques avec des mesures expérimentales.

Cette thèse est dédiée au développement et à l’application rigoureuse de procédures V&V pour des simulations de turbulence des plasmas, avec comme but final l’amélioration de notre compréhension de la dynamique des plasmas. Pour vérifier l’implémentation correcte d’un modèle physique dans un code de simulation, nous proposons d’utiliser la méthode des manufactured solutions, méthodologie que nous avons généralisée aux codes PIC (particle-in-cell). La procédure proposée pour estimer les erreurs numériques affectant les simulations repose sur l’extrapolation de Richardson, qui est utilisée pour approximer la solution exacte du modèle. Les procédures proposées sont appliquées avec succès pour vérifier GBS, un code de simulation utilisé pour étudier la turbulence des plasmas et pour vérifier un code PIC unidimensionnel. Finalement, pour accroître la fiabilité de notre modélisation des plasmas, nous effectuons un ensemble d’exercices de validation, en comparant les simulations numériques faites avec GBS avec des mesures expérimentales prises sur plusieurs dispositifs expérimentaux pour les plasmas.