Théorie des plasmas
Coordinateur : Stefan Hüller
- Membres permanents
Tahar Amari
Aurélien Canou
Arnaud Couairon
Hinrich Lütjens
Timothée Nicolas
- Doctorants
Victor Dubois
Godefroy Meynard
Jean-Gabriel Thiriet
- Chercheurs émérites
Activité de recherche
Le groupe "Théorie des plasmas" poursuit deux axes principaux, les plasmas magnétisés et les plasmas générés par laser. L’activité du groupe couvre la modélisation théorique et numérique de plasmas du système solaire, les plasmas de laboratoires dans des installations de fusion comme les tokamaks, les propulseurs ioniques, l'interaction laser plasma dans le contexte de la fusion par confinement inertiel, l'interaction des impulsions laser ultra-courtes avec des plasmas denses et leur propagation non linéaire dans la matière.
Astrophysique solaire
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.
Fusion par confinement magnétique
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 observés 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: alphas 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 étudiés afin d’obtenir les effets de forme de la distribution des vitesses de manière autocohérente.
Simulations cinétiques
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.
Interaction laser-plasma dans le contexte de la fusion laser
L'activité est centrée sur la modélisation des processus fondamentaux du couplage laser-plasma sous-dense. Le couplage entre des ondes électromagnétiques et des ondes plasma provoque des instabilités paramétriques. La croissance non-contrôlée des ces instabilités est néfaste pour le bilan du chauffage du plasma dans le contexte de la fusion laser. La compréhension et la modélisation de ces processus sont au centre de nos activités. Notre objectif est de décrire d’une façon correcte et efficace la propagation laser en présence de ces processus d’instabilité pour des conditions réalistes et proches des configurations expérimentales.
Interaction de impulsions laser ultra-intenses
Le couplage d' impulsions laser ultra-intenses avec des plasmas denses est en forte évolution avec l’arrivée des lasers de classe PetaWatt, comme le laser Apollon au voisinage de notre site. Un tel couplage influence fortement aussi bien le transport des électrons supra-thermiques à l’intérieur du plasma dense, que les mécanismes d’accélération d’ions (principalement des protons). Nous disposons des outils de simulation performants et de grande fiabilité, avec lequel nous étudions à la fois le couplage laser-plasma, le transport électronique ainsi que l’efficacité des schémas d’accélération pour les électrons et les ions.
Interaction laser matière et physique de la filamentation
Nous développons de nouveaux modèles et outils numériques pour comprendre les processus fondamentaux associés à la physique de la filamentation femtoseconde et à l'interaction laser-matière pour des intensités comprises entre 1 et 100 TW / cm2. En particulier, nous nous concentrons sur la génération de rayonnements secondaires tels que les spectres de super-continuum et les radiations THz. En parallèle, nous travaillons sur des applications de la filamentation telles que les décharges guidées par laser, le micro-usinage de verres par impulsions laser femtosecondes, des applications atmosphériques telles que la détection de polluants par filamentation et la génération de signaux acoustiques sous-marins par laser femtoseconde.