Organisation du manuscrit

Plusieurs exp´eriences ont d´ej`a ´et´e men´ees sur chacun de ces probl`emes et nous en avons rapell´e les r´esultats. Les exp´eriences pr´esent´ees dans ce travail concerneront plusieurs des probl`emes exp´erimentaux ´evoqu´es pr´ec´edemment. Ces ´etudes ont ´et´e r´ealis´ees lors de campagnes exp´erimentales sur plusieurs intallations lasers et nous avons utilis´e des diagnostics qui permettent de mesurer des grandeurs physiques telles que la quantit´e d’´electrons chauds, leur temp´erature mais aussi la vitesse et la g´eom´etrie du front de choc.

Pour accomplir notre d´emarche d’analyse, il est n´ecessaire de bien comprendre le fonctionnement des diagnostics que nous avons utilis´e. C’est la raison pour laquelle, dans le chapitre 2, nous les pr´esenterons un `a un en prenant soin, pour chacun d’entre eux, d’examiner leur fonctionnement, de voir comment ils sont dimensionn´es et enfin de d´etailler le travail d’analyse qui est r´ealis´e. Nous d´eterminerons ainsi les grandeurs physiques qu’ils permettent d’´evaluer et les hypoth`eses n´ecessaires `a cette tˆache. Cet exercice nous a permis de comparer les diagnostics de choc entre eux et de privil´egier la radiographie dans le cadre de la fusion par confinement inertiel.

Nous aborderons ensuite les deux grands th`emes que nous avons ´etudi´es dans ce travail de th`ese `a l’aide des outils que nous avons d´efinis et caract´eris´es dans le chapitre 2 : tout d’abord, nous pr´esenterons, dans le chapitre 3, les r´esultats du travail effectu´e sur le th`eme de l’interaction laser-plasma et plus sp´ecifiquement sur les ´electrons chauds correspondant au point 3 de la figure 1.8. L’objectif principal de ce chapitre est de caract´eriser la population d’´electrons chauds g´en´er´ee au cours d’exp´eriences dans les conditions de l’allumage par choc afin de d´eterminer leur influence sur la g´en´eration et la propagation d’un choc fort. Dans ce chapitre, nous pr´esenterons les processus d’interaction laser-plasma dont ceux qui permettent de g´en´erer des ´electrons suprathermiques. Puis nous pr´esenterons les deux campagnes exp´erimentales que nous avons r´ealis´ees sur le laser PALS sur ce th`eme. Nous analyserons ensuite les r´esultats de ces campagnes et nous exposerons les r´esultats obtenus. Enfin, nous discuterons ces r´esultats et d´eterminerons les suites `a donner `a ce travail.

Puis, dans le chapitre 4, nous d´evelopperons le th`eme de l’hydrodynamique et plus particuli`erement la g´en´eration et la propagation de chocs forts dans le cadre de l’allu- mage par choc. Plusieurs probl´ematiques ont ´et´e ´etudi´ees ; la premi`ere est la capacit´e

de g´en´erer un choc fort en pr´esence d’un plasma de couronne comme doit le faire le spike dans l’allumage par choc au niveau du point 3 de la figure 1.8. La deuxi`eme probl´ematique est l’influence de la structure de la cible sur la g´eom´etrie du front de choc et sa force. Cette ´etude est importante dans le cadre de l’attaque directe r´ealis´ee `a l’aide de lasers configur´es pour l’attaque indirecte, avec les lasers situ´es au niveau des pˆoles. Elle est r´ealis´ee dans le cadre de l’attaque directe par les pˆoles (ou Polar Direct Drive, PDD) et de l’allumage par les pˆoles et son objectif est de v´erifier que l’usage d’une g´eom´etrie sph´erique permet, avec une tache focale gaussienne, de g´en´erer des chocs plus forts qu’en g´eom´etrie plane. Elle tend `a d´emontrer exp´erimentalement que, l’usage d’une g´eom´etrie sph´erique avec une tache focale gaussienne permet d’obtenir un font de choc plan en sortie de sph`ere et que cette g´eom´etrie est moins sensible aux erreurs de pointage laser. La troisi`eme probl´ematique ´etudi´ee est la collision de choc o`u l’on a tent´e de v´erifier exp´erimentalement les r´esultats des ´etudes th´eoriques d´ej`a r´ealis´ees. Cette th´ematique est tr`es importante dans le cadre de l’allumage par choc puisqu’elle n’a jamais ´et´e ´etudi´ee exp´erimentalement dans les solides et qu’elle permet au choc fort convergent d’ˆetre amplifi´e afin de porter le point chaud dans les conditions de l’allumage ce qui correspond au point 4 de la figure 1.8. Enfin, le dernier th`eme abord´e est le d´eveloppement de notre outil de pr´ediction CHIC et de nos outils d’analyse. En effet, grˆaces aux campagnes exp´erimentales, nous avons non seulement pu tester notre code hydrodynamique CHIC dans les conditions de l’allu- mage mais aussi de d´evelopper de nouveaux outils de post-process nous permettant de reproduire les diagnostics exp´erimentaux et de nouveaux outils d’analyse des donn´ees exp´erimentales. Ce travail nous permets de cr´eer une plateforme exp´erimentale in- dispensable `a la r´ealisation de campagnes exp´erimentales sur de grandes installations lasers telles que le LMJ ou le NIF. Au cours de ce chapitre, nous pr´esenterons d’abord la th´eorie des chocs. Puis, nous exposerons les diff´erentes campagnes exp´erimentales que nous avons r´ealis´es afin d’´etudier ce th`eme. Ensuite, nous exposerons les r´esultats exp´erimentaux et les discuterons au regard des th´ematiques abord´ees.

Principaux diagnostics utilis´es

Sommaire

2.1 Imagerie Kα . . . 40

2.2 Mesure de l’´emission propre . . . 51 2.3 VISAR . . . 60 2.4 Radiographie X . . . 73 2.5 Conclusion . . . 80

Afin d’´etudier toutes les probl´ematiques pr´esent´ees pr´ec´edemment, un certain nombre de campagnes exp´erimentales sur diverses installations laser de part le monde sont n´ecessaires. Lors de ces campagnes exp´erimentales, que nous pr´esenterons par la suite, nous avons utilis´e `a plusieurs reprises certains diagnostics dont nous avons eu la charge. Ces diagnostics permettent des mesures en rapport direct avec ce travail, bien entendu. Le premier d’entre eux sert `a quantifier, en nombre et en ´energie, les ´electrons chauds pr´esents lors de nos tirs exp´erientaux : l’imagerie Kα. Ce diagnostic

nous permet de caract´eriser la population d’´electrons chauds et donc d’´etudier leur influence sur la g´en´eration et la propagation de chocs. Ensuite, nous utilisons plusieurs diagnostics de choc : la mesure d’´emission propre ou pyrom´etrie de choc qui permet de mesurer le temps n´ecessaire au choc pour atteindre la derni`ere surface transparente et/ou de mesure la vitesse dans un mat´eriau ´etalon (α-quartz par exemple). Ensuite, nous utilisons aussi le VISAR qui permet, en principe, de mesurer la vitesse d’une surface r´efl´echissante qui, adapt´e `a nos configurations, mesure la vitesse du front de choc ou la vitesse fluide du choc. Ces deux diagnostics permettent de reconstruire avec pr´ecision les conditions exp´erimentales `a l’aide de simulations hydrodynamiques et d’en d´eduire les pressions mises en jeu. Puis, nous r´ealisons des radiographies de chocs r´esolues en espace afin de mesurer la carte des densit´es du mat´eriau choqu´e `a un instant donn´e afin d’obtenir la taux de compression du au choc. Enfin, nous nous

servons de la radiographie r´esolue en temps afin d’estimer la vitesse instantan´ee du choc. Ce chapitre vise `a exposer les diagnostics utilis´es lors des diff´erentes campagnes exp´erimentales. Pour chaque diagnostic, nous pr´esenterons leur utilit´e puis comment ils sont configur´es et install´es.

Figure 2.1 – Sch´ema d’un miroir sph´erique

2.1

Imagerie K

Pour caract´eriser la population d’´electrons chauds dans le plasma, nous utilisons un diagnostic qui mesure l’´emission secondaire de la raie Kα du cuivre, du titane

ou du chlore en collectant les photons cr´e´es par cette transition radiative. Pour cela, nous utilisons un crystal sph´erique afin de cr´eer une image de la source Kα sur un film

photographique Kodak AA400 via la relation de conjugaison des miroirs sph´eriques illustr´ee sur la figure 2.1 :

1 CA0 + 1 CA = 2 CS (2.1)

dont on d´eduit aussi le grandissement :

γ = CA

0

avec C le centre du miroir, A la position de l’objet sur l’axe optique, A’ la position de l’image sur l’axe optique et S le sommet du miroir (on aura donc SC=R avec R le rayon du miroir)