Module de formation pour doctorants, proposée régulièrement par l’École Doctorale d’Astronomie & Astrophysique d’Île-de-France (ED127). Généralement dispensé en anglais.
Prochaine édition : du 27 au 31 mai 2024.
Lieu de la formation : Dans le “Château” (bâtiment 9) de l’Observatoire de Meudon (voir Plan de l’observatoire).
Informations officielles de l’ED127 : voyez ici
Inscriptions: sur https://adum.fr/
Objectif : Les plasmas de l’astrophysique, comme ceux de la physique de laboratoire, sont souvent modélisés par des théories de type “fluide”, c’est-à-dire basées sur des équations qui relient entre eux les paramètres macroscopiques (densité, vitesse fluide, pression…). C’est le cas, notamment, de la MHD (MagnétoHydroDynamique), le modèle fluide de base pour la description des plasmas magnétisés, très répandus dans l’univers. L’utilisation de ces modèles fluides se justifie facilement pour les plasmas collisionnels, mais beaucoup moins facilement lorsque ceux-ci sont peu ou non collisionnels. C’est le cas, par exemple, dans la couronne solaire, dans le vent solaire ou dans les magnétosphères planétaires où le libre parcours moyen entre deux collisions successives d’un ion ou d’un électron est de l’ordre du million ou de la dizaine de millions de km.
Dans de telles conditions, le plasma doit être décrit par un modèle “cinétique”. Malheureusement, les modélisations “cinétiques”, qui décrivent finement l’évolution de la fonction de distribution des vitesses des particules, sont beaucoup plus lourdes (pour un même système physique) en termes de ressources de calcul. Par conséquent, la modélisation “cinétique” d’un plasma non collisionnel est souvent impossible aux échelles nettement plus grandes que les échelles dites cinétiques, telles que le rayon de giration des ions.
Les modèles “fluides” restant un outil incontournable dans la description des plasmas non collisionnels aux grandes échelles, il est instructif d’en entrevoir les limites en comparant les deux modèles dans des cas simples.
Deux codes pour des systèmes à deux dimensions spatiales seront utilisés pendant la formation. Un code “fluide” basé sur les équations de la MHD et un code dit “hybride” dans lequel les ions du plasma sont traités comme des particules et les électrons comme un fluide. Depuis la formation de 2021 (qui s’est exceptionnellement déroulée 100% “on-line”) nous demandons aux participants d’installer et de faire tourner les codes sur leurs propres ordinateurs portables.
Esprit de la formation : La formation proposée n’est pas une formation classique, où l’on apprendrait à écrire les deux types de codes ou à les utiliser pour une application astrophysique particulière. Elle est davantage conçue dans un esprit “recherche” où les participants manipulent les deux codes sur des exemples élémentaires variés qui leur seront proposés. L’objectif est de se familiariser avec les possibilités et les limites du code MHD et du code hybride. Cette activité de simulation est complétée par des cours et un séminaire montrant des résultats de recherche astrophysique où la dualité “fluide-cinétique” se pose de façon cruciale et où on pourra retrouver des équivalents aux problèmes élémentaires étudiés en TP. Chaque TP est suivi d’une séance de “debriefing” très appréciée des participants.
Niveau requis : Il n’est pas nécessaire d’avoir un bon niveau en physique des plasmas ni en simulations numériques. Néanmoins, un certain intérêt pour l’un et l’autre sont naturellement recommandés pour en tirer un profit plus complet. Dans l’esprit de la formation, les interactions entre participants, même de niveaux hétérogènes, ainsi que les initiatives personnelles, sont aussi essentiels pour bien bénéficier de la semaine que les interactions avec les encadrants.
Programme indicatif de la semaine :
lundi Matin : accueil, cours d’introduction, présentation de quelques problèmes
exemplaires, présentation des codes numériques et des sujets de travail.
Après-midi : TP1
mardi Matin : TP1 & cours sur les descriptions fluide et cinétique d’un plasma.
Après-midi : TP2
mercredi Matin : TP2 & séminaire
Après-midi : TP3
jeudi Matin : cours sur les résonances ondes-particules
Après-midi : TP4
vendredi Matin : TP4
Après-midi : à partir de 15h, restitution du travail des groupes
et conclusion de la semaine
Contact : Filippo Pantellini (LESIA, Observatoire de Paris), email : Filippo.Pantellini @ obspm.fr
Encadrants : Nicolas Aunai (LPP), Gérard Belmont (LPP), Filippo Pantellini (LESIA), Roch Smets (LPP)