Description fluide et cinétique des plasmas

Module de formation pour doctorants du 15 au 19 janvier 2018: tourbillon

Proposée aux doctorants des Ecoles Doctorales :

  • ED 127 : Astronomie & Astrophysique d’Ile de France
  • ED 572 : Ondes et Matière
  • ED 564 : Physique en Île de France
  • ED 447 : Ecole Doctorale de l’Ecole Polytechnique
  • Autres

Lieu de la formation: Au  CIAS de  l’Observatoire de Meudon.  Les  locaux du CIAS  sont situés dans  le “Château” (bâtiment 9) de l’observatoire (voir  Plan de l’observatoire).

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 en particulier lorsqu’on utilise la MHD (MagnétoHydroDynamique) pour les plasmas magnétisés, très répandus dans l’univers. La justification de ces modèles simples est assurée lorsque les plasmas sont collisionnels, mais elle est beaucoup plus difficile lorsque ceux-ci sont sans collisions, comme, par exemple, le plasma du milieu interplanétaire. Les modélisations « cinétiques », qui sont valables dans tous les cas et qui décrivent finement l’évolution de la fonction de distribution des vitesses de particules, sont naturellement beaucoup plus complexes et beaucoup plus coûteuses en temps de calcul, si bien que leur utilisation n’est généralement possible que pour analyser des problèmes locaux à 1 ou 2 dimensions.

Deux codes pour des systèmes à deux dimensions spatiales seront utilisé pendant la formation. Un code “fluide” basée 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.

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.

Organisation et planning de la semaine :

  1. lundi – Matin: accueil, cours d’introduction, présentation de quelques problèmes exemplaires, présentation des codes numériques et des sujets de travail . Après-midi: TP1
  2. mardi – Matin: TP1 & cours sur les descriptions fluide et cinétique d’un plasma. Après-midi:  TP2
  3. mercredi – Matin: séminaire (orateur à préciser).  Après-midi: TP3
  4. jeudi – Matin: cours sur les résonances ondes-particules. Après-midi: TP4
  5. vendredi – Matin: TP4 & révision.  Après-midi: à partir de 15h restitution du travail des groupes et conclusion de la semaine

Informations pratiques: 

  • Les expériences numériques seront faites sur des serveurs locaux. Les étudiants qui ont un ordinateur portable disponible sont invités à l’apporter pour la durée du stage, afin de l’utiliser comme terminal.
  • L’accès aux serveurs locaux se fait via le protocole ssh qui est généralement installé par défaut sur les machines Linux et Mac. Sous windows nous préconisons l’installation de PuTTy et Xming qui pourra éventuellement se faire sur place.
  • On demande aux étudiants qui n’auront pas de portable de le mentionner lors de leur inscription, afin que nous puissions prévoir le nombre de terminaux nécessaires.

Documents associés :

Exemples de séminaire:

Contact : Filippo Pantellini (LESIA, Observatoire de Paris),  email : Filippo.Pantellini @ obspm.fr

Inscription: auprès d’Annie Mercier (annie.mercier@ias.u-psud.fr) – Secrétariat de la formation doctorale de l’ED 127 Astronomie & Astrophysique (voir le site de la formation doctorale ici).

Encadrants : Gérard Belmont (LPP), Lorenzo Matteini (LESIA),Filippo Pantellini (LESIA), Roch Smets (LPP)