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OR EnD : Énergies Décarbonées
L’OR ‘EnD’ se concentre sur la résolution de problématiques thermiques rencontrés dans divers domaines des énergies décarbonées. Parmi ceux-ci figurent la fission nucléaire, la fusion par confinement magnétique, la conversion de l’énergie solaire ou de l’énergie thermique des mers. Les développements de cette OR s’effectuent aussi bien sur le plan expérimental que sur celui de la modélisation et la simulation numérique. . Les développements de cette OR s’effectuent aussi bien sur le plan expérimental que sur celui de la modélisation et la simulation numérique. L’OR ‘EnD’ s’organise autour de 4 disciplines couvrant divers champs d’études thermiques dans le domaine des énergies décarbonées.
La première concerne la métrologie thermique (thermocouples, fibres de Braggs, caméras infrarouges) et le développement conjoint de méthodes d’inversion de mesures pour caractériser la distribution et l’intensité du flux à la surface d’éléments variés. La deuxième concerne la caractérisation de propriétés thermiques et radiatives par le développement de bancs expérimentaux dédiés, en lien étroit avec la plateforme de caractérisation thermique.La troisième concerne le développement de modélisation numérique permettant de coupler plusieurs modes de transport de la chaleur.Enfin la dernière discipline concerne l’optimisation thermique de composants tels que les capteurs solaires thermiques, photovoltaïques ou encore les échangeurs de chaleur.
Responsable : Jonathan Gaspar
Participants permanents : C. Abid, S. Barbosa, T. Fasquelle, J-L. Gardarein, J. Gaspar, W. Hafsa, B. Kadoch, C. Le Niliot, F. Rigollet, F. Topin, J. Vicente.
Doctorants et post-doctorants : Y. Anquetin, D. Da Cunha G. Guillet, J. Letessier, A. Vierron
Activités scientifiques
Mesure et contrôle des flux dans les tokamaks
Depuis 2004, l’IUSTI collabore avec l’IRFM du CEA Cadarache sur la mesure et le contrôle des flux thermiques dans les machines de fusion. De nombreuses méthodes inverses ont été développées pour estimer les flux de chaleur à la surface des composants face au plasma. Dans le cadre du projet WILD WEST, nous avons pu développer l’instrumentation thermique en amont et les outils d’inversion associés. Par ailleurs, notre travail ne concerne pas seulement le Tokamak de l’IRFM (Tore Supra et maintenant WEST) mais également de nombreuses machines internationales (ITER, JET, COMPASS, W7X). Une autre thématique concerne la thermographie IR sur des surfaces métalliques, le nouveau défi de la fusion. D’une part, un banc de caractérisation de propriétés radiatives a été monté au laboratoire, d’autre part, des outils de simulation thermique et photonique sont en cours de développement pour permettre une meilleure compréhension des images IR qui sont mesurées dans un environnement métallique. Cette thématique est très importante dans notre opération de recherche et la liste des actions menées dans cette thématique n’est pas exhaustive.
Caractérisation et prédiction de propriétés thermiques de matériaux frittés
Ces travaux sont menés en commun entre le CEA Cadarache, Polytechnique Montréal et le laboratoire IUSTI (Aix-Marseille Université). On étudie ici le comportement particulier de la conductivité thermique en fonction de la porosité sur des matériaux frittés. Les matériaux sont designés par le CEA, les mesures de diffusivité thermique sont réalisées à l’IUSTI et les prédictions des propriétés thermiques sont réalisées par le CRCT de polytechnique Montréal. Ces travaux ont permis de mettre en évidence un comportement critique de la conductivité vis-à-vis de la porosité. Il existe en effet une porosité, dite critique en deçà de laquelle la conductivité décroit de manière drastique. Les études évoluent vers les matériaux multiphasés avec pour objectif l’élaboration de matériaux à gradient de propriétés.
Publications
J. Gaspar, F. Rigollet, N. Ehret, Y. Anquetin, E. Bernard, Y. Corre, M. Diez, M. Firdaouss, M. Houry, T. Loarer, C. Martin, M. Missirlian, P. Moreau, C. Pocheau, P. Reihlac, M. Richou, E. Tsitrone, the WEST team, Emissivity measurement of the ITER-like plasma facing components of the WEST phase 2: Pre-exposure measurements and first WEST exposure, (2022) Nuclear Materials and Energy 33 101305 https://doi.org/10.1016/j.nme.2022.101305
M. Goniche et al. Developing high performance RF heating scenarios on the WEST tokamak, (2022) Nuclear Fusion 62 126058 http://dx.doi.org/10.1088/1741-4326/ac9691
J. Mailloux et al., Overview of JET results for optimising ITER operation, (2022) Nuclear Fusion 62 042023 http://dx.doi.org/10.1088/1741-4326/ac47b4
E. Tsitrone et al., Investigation of plasma wall interactions between tungsten plasma facing components and helium plasmas in the WEST tokamak, (2022) Nuclear Fusion 62 076028 http://dx.doi.org/10.1088/1741-4326/ac2ef3
J. Bucalossi et al., Operating a full tungsten actively cooled tokamak: overview of WEST first phase of operation, (2022) Nuclear Fusion 62 042007 http://dx.doi.org/10.1088/1741-4326/ac2525
T. Wauters et al., Isotope removal experiment in JET-ILW in view of T-removal after the 2nd DT campaign at JET (2022) Physica Scripta 97 044001 http://dx.doi.org/10.1088/1402-4896/ac5856
J. Gaspar, Y. Corre, F. Rigollet, M.-H. Aumeunier, E. Bernard, S. Brezinsek, X. Courtois, R. Dejarnac, M. Diez, L. Dubus, N. Ehret, N. Fedorczak, M. Firdaouss, M. Houry, M. Le Bohec, T. Loarer, C. Martin, V. Moncada, P. Moreau, C. Pocheau, P. Reilhac, E. Tsitrone and the WEST Team, Overview of the emissivity measurements performed in WEST: in situ and post-mortem observations, (2022) Nuclear Fusion 62 096023 http://dx.doi.org/10.1088/1741-4326/ac6f68
J. Gaspar, Y. Corre, N. Fedorczak, J.P. Gunn, C. Bourdelle, S. Brezinsek, J. Bucalossi, N. Chanet, R. Dejarnac, M. Firdaouss, J.-L. Gardarein, G. Laffont, T. Loarer, C. Pocheau, E. Tsitrone and the WEST Team, Divertor power loads and scrape off layer width in the large aspect ratio full tungsten tokamak WEST, (2021) Nuclear Fusion 61 096027 http://dx.doi.org/10.1088/1741-4326/ac1803
D. Guilhem, Y. Corre, X. Courtois, J. Gaspar, C. Pocheau and S. Vives, Absolute temperature measurement on tungsten surfaces with monochrome and bicolor IR thermography, (2021) Nuclear Fusion 61 096003 http://dx.doi.org/10.1088/1741-4326/ac0e73
Y. Corre et al., Sustained W-melting experiments on actively cooled ITER-like plasma facing unit in WEST, (2021) Physica Scripta 96 124057 http://dx.doi.org/10.1088/1402-4896/ac326a
A. Grosjean, Y. Corre, J. Gaspar, J.P. Gunn, S. Carpentier, X. Courtois, R. Dejarnac, E. Delmas, G. De Temmerman, M. Diez, L. Dubus, L. Dupont, F. Escourbiac, M. Firdaouss, J. Gerardin, M. Houry, R. Pitts, C. Pocheau, E. Tsitrone, the WEST team, (2021) Nuclear Materials and Energy 27 100910 https://doi.org/10.1016/j.nme.2021.100910
Y. Corre, J. Gaspar, S. Marsen, D. Moseev, T. Stange, J. Boscary, P. Drewelow, Y. Gao, M. Jakubowski, J. Hillairet, H.P. Laqua, C. Lechte, V. Moncada, H. Niemann, M. Preynas, A. Puig Sitjes and W7-X Team, (2021) Nuclear Fusion 61 066002 http://dx.doi.org/10.1088/1741-4326/abebea
J.P. Gunn, J. Bucalossi, Y. Corre, M. Diez, E. Delmas, N. Fedorczak, A. Grosjean, M. Firdaouss, J. Gaspar, T. Loarer, M. Missirlian, P. Moreau, E. Nardon, C. Reux, M. Richou, E. Tsitrone, the WEST team, Thermal loads in gaps between ITER divertor monoblocks: First lessons learnt from WEST (2021) Nuclear Materials and Energy 27 100920 https://doi.org/10.1016/j.nme.2021.100920
A. Grosjean, M.H. Aumeunier, Y. Corre, M. Firdaouss, J. Gaspar, J. Gerardin, J.P. Gunn, X. Courtois, R. Dejarnac, M. Diez, L. Dubus, M. Houry, C. Pocheau, E. Tsitrone, the WEST team, Interpretation of temperature distribution observed on W-ITER-like PFUs in WEST monitored with a very-high-resolution IR system, (2021) Fusion Engineering and Design 168 112387 https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112387
M-H. Aumeunier, J. Gerardin, C. Talatizi, M. Le Bohec, M. Ben Yaala, L. Marot, T. Loarer, R. Mitteau, Gaspar, F. Rigollet, X. Courtois, M. Houry, A. Herrmann, M. Faitsch, the WEST team, Infrared thermography in metallic environments of WEST and ASDEX Upgrade, (2021) Nuclear Fusion 26 100879 https://doi.org/10.1016/j.nme.2020.100879
Y. Corre, N. Chanet, R. Cotillard, J. Gaspar, G. Laffont, C. Pocheau, G. Caulier, C. Destouches, J-L. Gardarein, M. Firdaouss, M. Houry, M. Missirlian, N. Roussel, B. Santraine, the WEST team, First temperature database achieved with Fiber Bragg Grating sensors in uncooled plasma facing components of the WEST lower divertor, (2021) Fusion Engineering and Design 170 112528 https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112528
R. Bisson, E.A. Hodille, J. Gaspar, D. Douai, T. Wauters, A. Gallo, J. Gunn, A. Hakola, T. Loarer, R. Nouailletas, J. Morales, B. Pégourié, C. Reux, R. Sabot, E. Tsitrone, S. Vartanian, E. Wang, N. Fedorczak, S. Brezinsek, WEST team, Deuterium and helium outgassing following plasma discharges in WEST: Delayed D outgassing during D-to-He changeover experiments studied with threshold ionization mass spectrometry, (2021) Nuclear Materials and Energy 26 100885 https://doi.org/10.1016/j.nme.2020.100885
N. Chanet, Y. Corre, R. Cotillard, J. Gaspar, G. Laffont, C. Pocheau, G. Caulier, C. Dechelle, B. De Gentile, C. Destouches, L. Dubus, F. Gallay, C. Hernandez, M. Missirlian, M. Richou, N. Roussel, B. Santraine, the WEST team, Design and integration of femtosecond Fiber Bragg gratings temperature probes inside actively cooled ITER-like plasma-facing components, (2021) Fusion Engineering and Design 166 112376 https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112376
N. Fedorczak, J. Gaspar, Y. Corre, A. Grosjean, X. Courtois, J.P. Gunn, R. Mitteau, R. Dejarnac, J. Bucalossi, E. Tsitrone, T. Loarer, S. Brezinsek, the WEST team, Cross diagnostics measurements of heat load profiles on the lower tungsten divertor of WEST in L-mode experiments, (2021) Nuclear Materials and Energy 27 100961 https://doi.org/10.1016/j.nme.2021.100961
J. Gaspar, M-H. Aumeunier, M. Le Bohec, F. Rigollet, S. Brezinsek, Y. Corre, X. Courtois, R. Dejarnac, M. Diez, L. Dubus, N. Fedorczak, M. Houry, V. Moncada, P. Moreau, C. Pocheau, C. Talatizi, the WEST team, In-situ assessment of the emissivity of tungsten plasma facing components of the WEST tokamak, (2020) Nuclear Materials and Energy 25 https://doi.org/10.1016/j.nme.2020.100851
T. Loarer, T. Dittmar, E. Tsitrone, R. Bisson, C. Bourdelle, S. Brezinsek, J. Bucalossi, Y. Corre, L. Delpech, C. Desgranges, G. De Temmerman, D. Douai, A. Ekedahl, N. Fedorczsak, A. Gallo, J. Gaspar, M. Houry, P. Maget, R. Mitteau, P. Moreau, the WEST team, Long discharges in a steady state with D2and N2 on the actively cooled tungsten upper divertor in WEST, (2020) Nuclear Fusion 60 126046 http://dx.doi.org/10.1088/1741-4326/abb919
C. Talatizi, M-H. Aumeunier, F. Rigollet, M. Le Bohec, J. Gerardin, J. Gaspar, C. Le Niliot, A. Herrmann, Inverse radiation problem with infrared images to monitor plasma-facing components temperature in metallic fusion devices, (2020) Fusion Engineering and Design 159 111867 https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2020.111867
A. Gallo, A. Sepetys, Y. Marandet, H. Bufferand, G. Ciraolo, N. Fedorczak, S. Brezinsek, J. Bucalossi, J. Coenen, F. Clairet, Y. Corre, C. Desgranges, P. Devynck, J. Gaspar, R. Guirlet, J. Gunn, C.C. Klepper, J.-Y. Pascal, P. Tamain, E. Tsitrone, E.A. Unterberg and the WEST team, Interpretative transport modeling of the WEST boundary plasma: main plasma and light impurities, (2020) Nuclear Fusion 60 126048 https://doi.org/10.1088/1741-4326/abb95b
N Fedorczak, J Gaspar, M Firdaouss, V Moncada, A Grosjean, R Dejarnac, S Brezinsek, E Tsitrone, J Bucalossi, T Loarer and the WEST team, Infra-red thermography estimate of deposited heat load dynamics on the lower tungsten divertor of WEST, (2020) Physica Scripta T171 http://dx.doi.org/10.1088/1402-4896/ab4e3d
E de la Cal, U Losada, A Martín de Aguilera, A Shaw, E Solano, D Alegre, I Balboa, P Carvalho, J Gaspar, I Borodkina, S Brezinsek, D Douai, C Giroud, C Guillemaut, C Hidalgo, A Huber, E Joffrin, T Loarer, E de la Luna, A Manzanares, F Militello, L de Pablos, S Wiesen and JET contributors, (2020) Plasma Physics and Controlled Fusion 62 035006 http://dx.doi.org/10.1088/1361-6587/ab5fb1
A. Grosjean, Y. Corre, R. Dejarnac, J. Gaspar, J. P. Gunn, S. Carpentier-Chouchana, X. Courtois, E. Delmas, G. De Temmerman, M. Diez, L. Dubus, A. Durocher, F. Escourbiac, M. Firdaouss, J. Gerardin, M. Houry, R.A. Pitts, C. Pocheau, E. Tsitrone and the WEST team, First analysis of the misaligned leading edges of ITER-like plasma facing units using a very high resolution infrared camera in WEST, (2020) Nuclear Fusion 60 106020 http://dx.doi.org/10.1088/1741-4326/ab9fa6
D. Guilhem, J. Gaspar, C. Pocheau, Y. Corre, An ITER Challenge Absolute Surface Temperature Measurements of Low and Varying Emissivity Tungsten Plasma-Facing Components, (2020) IEEE Transactions on Plasma Science 48 7 https://doi.org/10.1109/tps.2020.2998327
J. Gaspar, Y. Corre, M. Firdaouss, J-L. Gardarein, J. Gerardin, J-P. Gunn, M. Houry, G. Laffont, T. Loarer, M. Missirlian, L. Morales, P. Moreau, C. Pocheau, E. Tsitrone, the WEST team, First heat flux estimation in the lower divertor of WEST with embedded thermal measurements, (2019) Fusion Engineering and Design 146 757-760 https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.01.074
J. Gaspar, C. Pocheau, Y. Corre, N. Ehret, D. Guilhem, M. Houry, T. Loarer, Th. Loewenhoff, C. Martin, C. Pardanaud, G. Pintsuk, M. Richou, F. Rigollet, H. Roche, G. Sepulcre, M. Wirtz, Emissivity measurement of tungsten plasma facing components of the WEST tokamak, (2019) Fusion Engineering and Design 149 https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.111328
M. Houry, C. Pocheau, M-H. Aumeunier, C. Balorin, K. Blanckaert, Y. Corre, X. Courtois, F. Ferlay, J. Gaspar, S. Gazzotti, A. Grosjean, T. Loarer, H. Roche, A. Saille, S. Vives, the WEST team, The very high spatial resolution infrared thermography on ITER-like tungsten monoblocks in WEST Tokamak, Fusion Engineering and Design (2019) 146 1104-1107 https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.02.017
E. Joffrin et al., Overview of the JET preparation for deuterium-tritium operation with the ITER like-wall, (2019) Nuclear Fusion 59 112021 http://dx.doi.org/10.1088/1741-4326/ab2276