Finalement, L. Yin et al. réalisent une simulation PIC d'un champ de speckles (Yin et al., 2012), qui suit la distribution statistique d'intensité présentée précédemment (Garnier, 1999), (i.e. speckles de 3.4 µm FWHM avec une intensité 4 fois supérieure à l'intensité moyenne pour les plus forts) de façon à obtenir la courbe de ré ectivité multispeckle (cf. points rouges sur la gure II.3.6b). Dans cette con guration, les perturbations peuvent induire un comportement collectif analogue à celui décrit précédemment pour deux speckles. Premièrement, le niveau de saturation de la rétrodiusion est un peu plus élevé en con guration multispeckle, passant de 20% à 30%. Un champ de speckles conduit donc à une augmentation non négligeable de la ré ectivité. Deuxièmement, on observe que le seuil estimé par un modèle de speckles in- dépendants (i.e. 1.1 1014 W.cm−2) est plus élevé que le seuil obtenu par simulation PIC d'un
champ de speckles (i.e. 0.5 1014 W.cm−2). Les simulations montrent donc que considérer les
speckles indépendants ne permet pas de décrire correctement le comportement instable d'un champ de speckle. Le comportement collectif des speckles modi e le développement global de l'instabilité Raman pour un champ de speckles en diminuant le seuil de déclenchement.
En résumé, les travaux numériques réalisés par L. Yin et al. ont mis en évidence l'in uence d'un speckle fort sur un speckle faible, traduisant ainsi l'existence d'un comportement col- lectif. Puis cette observation a été généralisée au cas d'un champ de speckles, permettant de décrire les modi cations que ce comportement induit sur le développement global de l'insta- bilité Raman, à savoir un abaissement du seuil et une augmentation de la ré ectivité.
II.4 Conclusion
Dans ce chapitre, les notions théoriques fondamentales de la physique des plasmas et du lissage spatial ont tout d'abord été introduites. Puis la théorie linéaire de l'instabilité de diusion Raman stimulée a été présentée, en débutant par le cas général d'une interaction stationnaire nanoseconde pour permettre d'introduire la description analytique de l'instabilité en régime picoseconde linéaire. Cette description est correcte pour la phase de croissance de l'instabilité mais reste incomplète car elle ne prend en compte aucun mécanisme de saturation. En eet, lors du développement de l'instabilité Raman, diérents mécanismes apparaissent en parallèle qui conduisent à la saturation de l'instabilité se traduisant par le comportement de bursting du SRS. Ces mécanismes conduisent en parallèle à une modi cation locale de l'environnement plasma sous l'eet de perturbations cinétiques et uides. La description des principaux mécanismes non-linéaires ainsi que des travaux numériques a permis de mettre en perspective le concept de régime collectif des speckles ainsi que ses conséquences sur le développement global de l'instabilité Raman.
Cependant ce concept reste théorique et n'a pour l'heure été observé que numériquement. Il y a donc un réel besoin d'observation expérimentale pour valider les résultats numériques et essayer d'améliorer nos connaissances sur les diérents mécanismes qui conduisent au comportement collectif des speckles. C'est ce que propose l'étude réalisée durant cette thèse et qui va être décrite en détail dans le prochain chapitre.
Chapitre III
DISPOSITIF EXPÉRIMENTAL
Dans le contexte de la fusion par con nement inertiel sur les grandes installations laser qui motive l'étude présentée dans ce manuscrit, l'instabilité de diusion Raman stimulée est présente dans un cas complexe. Celle-ci se développe en eet dans une multitude de speckles, de dimensions micrométriques, obtenus par lissage spatial (RPP (Kato et al., 1984)) et pour des impulsions nanosecondes lissées temporellement (SSD (Skupsky et al., 1989)) correspon- dant à des temps de cohérence picosecondes. Or les temps de croissance caractéristiques de l'instabilité sont de l'ordre de la centaine de femtosecondes. De plus, aucun instrument de mesure n'est capable de fournir ces résolutions. Ceci implique donc que les mesures de ré ec- tivités Raman obtenues (Meezan et al., 2010; Glenzer & al., 2011) ne donnent qu'un résultat moyenné qui correspond à une intégration sur un très grand nombre de speckles et sur de nombreux bursts (cf. page 35). Pour espérer comprendre le comportement associé à l'insta- bilité Raman sur de telles échelles, il faut d'abord restreindre notre étude à un cas simpli é et surtout à des échelles adaptées a n de pouvoir observer nement le développement et la dynamique de l'instabilité. En eet, les échelles de temps et d'espace caractéristiques du dé- veloppement de ce phénomène sont très courtes, respectivement sub-picoseconde et de l'ordre de la dizaine de micromètres. C'est pourquoi sont utilisées, dans notre étude, des impulsions courtes (picoseconde et sub-picoseconde) à des ux modérés qui permettent d'observer les premières phases de la croissance de l'instabilité ainsi que des diagnostics qui orent une ré- solution spatiale su sante (∼ 10−20 µm). La mise en place d'expériences répondant à toutes ces spéci cités est donc extrêmement complexe et nécessite une installation laser particuliè- rement adaptée. Grâce à ses caractéristiques remarquables, ELFIE1 au LULI2 est l'unique
1. Établissement Laser de Forte Intensité et Énergie 2. Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses
installation qui permet la réalisation et l'aboutissement de ce type d'expériences bispeckle. Durant cette période de thèse, trois expériences ont été réalisées sur cette installation, répar- ties sur trois années.
Nous allons ici présenter les spéci cités de l'installation ELFIE, primordiales pour ré- pondre à la complexité des expériences mises en ÷uvre. Une description des caractéristiques techniques de tous les faisceaux utilisés sera faite ensuite. Puis nous détaillerons les para- mètres du plasma considéré lors de nos expériences. En n nous expliciterons les diérents diagnostics utilisés, se résumant à l'analyse de la rétrodiusion et à la mesure des ondes plasma par le biais de diagnostics de diusion Thomson à hautes résolutions spatiale et temporelle.
III.1 Installation Laser
ELFIE est une installation multi-faisceaux orant simultanément des impulsions sub- nanoseconde, picoseconde et sub-picoseconde avec la spéci cité de pouvoir utiliser deux impulsions picosecondes cohérentes, indépendantes et de forts éclairements. L'installation ELFIE repose sur la technique de dérive de fréquence CPA1 (Strickland & Mourou, 1985)
qui permet d'ampli er des impulsions courtes en restant sous le seuil d'endommagement du milieu ampli cateur. Cette technique est basée sur une propriété intrinsèque des impulsions courtes, qui ne sont pas monochromatiques par dé nition mais possèdent une certaine largeur spectrale. Ainsi, l'impulsion est étirée temporellement par dérive linéaire des fréquences au cours de sa durée, puis elle est ampli ée en énergie tout en conservant des éclairements suf- samment faibles. Elle est ensuite recomprimée a n d'obtenir l'impulsion courte qui permet d'atteindre des intensités très élevées après focalisation.
ELFIE est un laser de puissance, pompé et ampli é, de la manière suivante. L'impulsion initiale est pompée dans un milieu ampli cateur Titane : Saphir et possède en sortie une énergie de 1 nJ, de durée 100 fs à la longueur d'onde fondamentale λ0 = 1057 nm et de
largeur spectrale ∆λ = 15 nm. Pour une description plus détaillée sur la physique permettant la génération d'impulsion laser, le lecteur pourra se tourner vers la référence (Milonni & Eberly, 2010). Après passage dans un étireur Oner donnant une impulsion d'une durée de 1.2 ns, celle-ci est ampli ée dans l'ampli cateur régénératif Titane : Saphir de façon à obtenir une impulsion de l'ordre du mJ, 900 ps avec un spectre de 7 nm. L'impulsion est ensuite ampli ée jusqu'à une énergie de quelques 80 J, par passages successifs dans des ampli cateurs silicate/phosphate de diamètres croissants (barreaux φ16, 25, 45 et disques
III.2. Le faisceau de création et le jet de gaz 53