Etude des effets de largeur spectrale et de dispersion en fréquence sur l'interaction laser-plasma dans le contexte de la fusion inertielle par laser

En 2022, la National Ignition Facility (NIF, Etats-Unis) a démontré pour la première fois un gain net d'énergie en fusion par confinement inertiel [1], franchissant une étape majeure vers la fusion comme source d'énergie. Cette percée a relancé de nombreux projets visant àdévelopper des réacteurs de production électrique bas-carbone fondés sur la fusion par laser. En France, le projet TARANIS, sélectionné en 2024 dans le cadre du plan France 2030 et porté par la société GenF (filiale de Thales), fédère un consortium associant Thales, le CEA et le CNRS via ses laboratoires LULI et CELIA. Dans ce cadre, le LULI développe des sources laser innovantes pour tester des concepts avancés de fusion inertielle en géométrie d'attaque directe. Cette thèse porte sur l'utilisation de sources laser incohérentes àlarge bande spectrale pour piloter l'implosion. L'objectif est d'améliorer le couplage laser-cible tout en limitant deux effets délétères : l'empreinte laser (laser imprint) et, au coeur du sujet, les instabilités paramétriques : diffusion Raman stimulée (SRS) et two-plasmon decay (TPD), qui font intervenir des ondes de Langmuir, ainsi que diffusion Brillouin stimulée (SBS) et transfert d'énergie entre faisceaux croisés (CBET), qui font intervenir la réponse acoustique ionique. Les développements récents en lasers large bande laissent espérer un régime d'implosion largement affranchi des instabilités paramétriques, ouvrant la voie àdes implosions plus robustes [2,3]. Mais l'efficacité de cette suppression dépend fortement de la nature précise de la source (peigne de fréquences discret vs spectre continu, présence ou non de dispersion spectrale), ainsi que d'effets cinétiques (piégeage électronique, élargissement de l'onde plasma) et géométriques (propagation 2D/3D, tavelures du faisceau) encore peu explorés faute de capacités de simulation suffisantes. Cette thèse propose une analyse cinétique systématique, fondée sur des simulations particle-in-cell (PIC) avec le code SMILEI, afin (1) de comparer l'effet de différents types de sources large bande sur la croissance et la saturation des instabilités àtrois ondes (SRS, SBS) ; (2) d'étendre cette analyse è une géométrie inhomogène représentative de l'attaque directe, en 2D voire 3D, avec tavelures et dispersion spectrale ; (3) de soutenir la conception et l'interprétation d'expériences sur les installations laser du LULI (LULI2000, Apollon). Menée au sein du groupe théorique TIPS du LULI, en lien étroit avec les équipes expérimentales et le consortium TARANIS, cette thèse combine développements théoriques, simulations numériques lourdes et confrontation àl'expérience. École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris Direction : Mickael GRECH Financement : Financement du CNRS