Description fluide et cinétique des plasmas

Module de formation pour doctorants tourbillon

Proposée régulièrement par l’Ecoles Doctorales d’Astronomie & Astrophysique d’Ile de France (ED127). Généralement en anglais.  

Pour les dates de la formation: voir ici  

Inscriptions sur https://adum.fr/

Lieu de la formation: Au  Dans le “Château” (bâtiment 9) de l’Observatoire de Meudon (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 peu ou non collisionnels, comme, par exemple, dans la couronne solaire, le vent solaire ou les magnétosphères planétaires. Les modélisations “cinétiques”, qui décrivent finement l’évolution de la fonction de distribution des vitesses des  particules, sont naturellement beaucoup plus lourdes (pour un même système physique) en terme de ressources de calcul. Par conséquent, la modélisation “cinétique” d’un plasma non collisionnel est souvent impossible aux échelles beaucoup plus grandes que les échelles dites cinétiques, comme par exemple, 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 utilisé 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 propre ordinateur portable.     

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.

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)

Pour marque-pages : Permaliens.

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