Plasmas Magnétisés

Coordinateur : Hinrich Lütjens

  • Membres Permanents :

Tahar Amari
Aurélien Canou
Anne Héron (40%)
Jean-François Luciani
Timothée Nicolas

  • Doctorant :

Guillaume Brochard

  • Post-doctorant :

François Orain

Activités de recherche

Modélisation numérique, Comportement MHD, Physique solaire, Eruptions solaires, Simulations particulaires , Transport électronique anormal, Propulsion à plasma

Résumé 

L’activité du groupe plasmas magnétisés couvre la modélisation numérique de plasmas du système solaire et de laboratoires tels que les tokamaks (par exemple ITER) ou les propulseurs ioniques.

L’activité astrophysique est centrée autour de la physique des plasmas spatiaux et concerne l’environnement solaire, ainsi que terrestre dans le cadre des relations Soleil-Terre.
Côté solaire, il s’agit de la caractérisation d'évènements éruptifs réels observés et des mécanismes associés. Ces études sont menées à l’aide de données provenant des missions actuelles telles que Solar Dynamic Observatory de la NASA, ou prochaines comme Solar Probe et futures comme Solar Orbiter, ainsi que de codes numériques exploitant ces données et d’autres permettant d’étudier leur évolution, tant à l’échelle des centres actifs en géométrie cartésienne avec XTRAPOL et METEOSOL, ou à l’échelle plus globale en coordonnées sphériques avec XTRAPOLS, ou enfin multi-échelles avec MeshMHD.
Cette approche conduit à la mise en évidence et la détermination du rôle de structures magnétiques appelées "cordes" et "cages" magnétiques dans le déclenchement des éruptions solaires.
Le code MeshMHD permet également, par sa nature adaptative sur maillage non structuré, d’étudier l’environnement héliosphérique à grande échelle ainsi que son interaction avec les magnétosphères planétaires comme celle de la Terre.
Il s’agit aussi d’étudier les mécanismes à l’origine de la difference de température importante entre la « surface solaire » (photosphère) et les couches plus hautes que sont la chromosphère et la couronne, beaucoup plus chaudes.

Les plasmas thermonucléaires de tokamak sont étudiés numériquement à l’aide du code XTOR, dans ses versions fluide et hybride fluide/cinétique. Les modes Alfvéniques macroscopiques observées expérimentalement peuvent être simulés, ce qui permet d’étudier en détail les mécanismes de reconnexion magnétique rapide, et de déchirement des surfaces magnétiques. La version hybride fluide/cinétique permet de comprendre l’influence d’ions chauds (ex: alpha de fusion ou faisceaux de chauffage) sur la stabilité du plasma, via des résonances entre les ondes et les fréquences caractéristiques du mouvement des particules dans la machine torique. Les phénomènes de collision sont modélisés afin d’obtenir les effets de forme de la distribution des vitesses de manière autocohérente.

Enfin, des simulations entièrement particulaires (Particle-In-Cell) permettent l’étude des mécanismes de transport électronique anormal à travers un champ magnétique dans les propulseurs ioniques à effet Hall. Ce transport anormal est dû au couplage non-linéaire de l’instabilité cyclotronique électronique de dérive avec l’émission des électrons secondaires aux parois du propulseur.

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