LESIA - Observatoire de Paris

Simulations cinétiques sans collision : Vlasov

lundi 24 novembre 2008, par le groupe "plasma"

La structure « core-halo » dans le vent solaire

La structure observée « core-halo » de la fonction de distribution des électrons dans le vent solaire peut être interprétée comme produite par des interactions locales ondes - particules, comme observé dans pratiquement tous les plasmas sans collisions de faible densité. Dans ce scénario, la source des ondes peut être trouvée dans la partie hors d’équilibre de la fonction de distribution. L’étude est basée sur l’idée que la cascade des grandes échelles fluides vers les petites échelles cinétiques est la source des ondes en interaction avec les électrons. Le modèle a montré que l’interaction du « bruit thermique » du plasma avec les mouvements à basse fréquence était capable de générer une queue suprathermique sur la fonction de distribution d’électrons qui ressemble fortement aux observations « core-halo ». La dépendance quantitative de l’efficacité de la production des électrons suprathermiques sur différents paramètres a été étudiée en détail pour comprendre leur rôle et comparer les résultats avec les observations dans le vent solaire (Califano & Mangeney, 2008).

Dynamique électrostatique dans le vent solaire

Nous avons simulé l’évolution d’un plasma stratifié après injection de particules rapides. Ce type de problème est lié à l’analyse d’observations in-situ telles que les ondes associées aux émissions de Type III ou la génération des trous de densité dans l’ionosphère terrestre, etc. L’aspect original de ce travail a été de proposer un nouveau modèle où, au lieu de supposer la présence d’un faisceau quasi monocinétique dans le système, on regarde les effets dus à un chauffage local sur le reste du plasma initialement au repos. Nous avons montré que de manière presque naturelle des fluctuations de plasma se développent dans le système sous la forme de paquets d’onde avec un spectre de longueurs d’onde assez large. En même temps, des structures électrostatiques cohérentes avec champ électrique associé de forme dipolaire sont générées (Briand et al., 2007, 2008).

Structure cohérentes

Le rôle et l’influence des effets dissipatifs sur l’évolution du système Vlasov – Poisson ont été étudiés en détail (Califano et al., 2007). En particulier différents états asymptotiques du système sont possibles par une simple modification des effets dissipatifs et dispersifs, même si cette échelle dissipative est toujours bien plus petite que n’importe quelle échelle physique du système (longueur de Debye, vitesse thermique etc). Nous avons également montré que dans certaines régions critiques, caractérisées par des fluctuations à petite échelle de la fonction de distribution, les corrélations entre particules discrètes deviennent non négligeables et donc le traitement statistique habituel justifiant l’utilisation de l’approximation de Vlasov est remise en cause. Ce problème apparaît donc comme fondamental du point de vue de la physique des plasmas, mais à relativement plus courte échelle un objectif pratique est de comprendre le type de phénomène « quasi collisionneur » qu’il faut ajouter à l’équation de Vlasov pour suivre correctement la formation de structures à petite échelle à comparer avec les observations.