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Le LPP participe à deux projets récemment sélectionnés par l’ANR (Agence Nationale de la Recherche), SINAPS et MARMITE

 
 
 
 
 

 SINAPS (SImulation Numérique d’écoulements en présence d’Actionneurs PlasmaS)

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Schéma du Jet Synthétique par Plasma - Micro-jet généré (calculs CEDRE et strioscopie)
Crédit : ONERA, D. Caruana, AIAA-2010-5103.

Dans le cadre du programme ANR ASTRID, le projet SINAPS a pour objectif la réalisation de simulations numériques de l’interaction d’un actionneur plasma avec un écoulement. Trois groupes d’actionneurs plasma ont été identifiés. Le premier concerne les dispositifs générant des plasmas par des microondes ou des lasers : ils visent à déposer de l’énergie thermique dans un écoulement subsonique ou supersonique. Le second utilise le principe des DBD (Décharges à Barrière Diélectrique) où une quantité de mouvement est déposée près de la paroi. Le troisième regroupe les jets synthétiques par plasma qui induisent des micro-jets pouvant atteindre 300m/s à l‘issue d’une décharge électrique dans une microcavité.
L’enjeu scientifique de SINAPS est de modéliser l’interaction plasma/fluide, point clé de l’identification de stratégies de contrôle de vol. Des outils de calcul (modèles, modules de code,...) permettant de réaliser des expérimentations numériques fiables seront développés au cours de ce projet. Ils doivent permettre d’améliorer la conception de nouveaux actionneurs plasma dans des configurations aérodynamiques d’intérêt et ainsi de contribuer significativement à l’optimisation des performances aérodynamiques des avions.
Cette proposition ASTRID (Accompagnement Spécifique des Travaux de Recherche et d’Innovation Défense) s’appuie sur les travaux d’un groupe de Recherche et Technologie de l’OTAN intitulé Advanced Vehicle Technology (AVT190) auquel plusieurs partenaires du projet participent et dont l’un des objectifs est d’établir une base de données fiable de travaux expérimentaux et numériques pour les actionneurs plasma, sur des cas tests standardisés et réalisés conjointement par différents laboratoires américains (US) et européens. Les travaux proposés dans SINAPS bénéficieront ainsi d’un cadre d’échanges internationaux nécessaire à la validation de calculs numériques complexes que ce soit par l’expérience ou par comparaison avec d’autres modélisations.
Les applications visées dans SINAPS sont duales : elles concernent l’amélioration de performances des aéronefs militaires et civiles telles que la réduction de la traînée de pression ou de frottement et l’amélioration de la manœuvrabilité. Elles concernent plus globalement l’industrie aéronautique civile et militaire face aux défis environnementaux des vingt prochaines années.
Le porteur de projet de SINAPS est l’ONERA à Toulouse.

Jean Larour, de l’équipe « Plasmas Chauds Impulsionnels » du LPP, a une tâche de management et de coordination avec un groupe de travail de l’OTAN sur le contrôle de vol par Plasma.

 MARMITE (MAgnetic inteRactions at Mercury between the InTerior and the Exosphere)

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[Panneau de gauche] Simulation de la magnétosphère de Mercure pour les conditions particulières de l’observation de l’émission de Na de l’exosphère de Mercure par le télescope solaire THEMIS (panneau de droite). Les courbes représentent les lignes de champ magnétique de la magnétosphère de Mercure et la couleur l’intensité du flux de vent solaire qui atteint la surface (le rouge correspondant à l’intensité maximale). [Panneau de droite] Intensité de l’émission de Na, en nombre de Rayleigh, observée par le télescope solaire THEMIS (échelle verticale à droite) en Juillet 2008 (Leblanc et al. 2008). Pour les 2 panneaux, le pôle Nord géographique est en haut et le Soleil sur la gauche. D’après Mangano et al. (2012).

[Extrait du résumé de la proposition soumise à l’ANR] MARMITE signifie MAgnetic interactions at Mercury between the InTerior and the Exosphere. Une Marmite est une grande casserole où des ingrédients différents et parfois inattendus mais simples sont mélangés et cuits. Ce programme de recherche propose une recette scientifique, qui fournira une nouvelle saveur pour comprendre la structure et la dynamique de Mercure par la fusion d’outils qui sont traditionnellement consacrés à des études indépendantes du noyau de convection, du manteau (mince), de la surface, de l’exosphère, de l’ionosphère et de la magnétosphère.
La compréhension des similitudes et des différences entre les objets du système solaire est un outil très puissant pour élucider leur origine et leur évolution, et par comparaison, pour l’amélioration de notre connaissance de notre planète Terre. MARMITE propose de décrire, modéliser et comprendre l’environnement magnétique de Mercure et ses sources, interne (c’est à dire à partir de la base de la lithosphère), ou externe (c’est à dire résultant de l’interaction de la planète avec le vent solaire). Ces environnements apportent des contraintes cruciales à la structure interne et à la dynamique de la planète et de ses enveloppes
le corps et de ses enveloppes.
Mercure est la plus petite, la plus interne et peut-être la plus énigmatique des planètes telluriques. Avant l’ère spatiale, son petit rayon et sa lente rotation suggéraient un intérieur gelé, ne conduisant à aucune dynamique interne
La mission Mariner 10 a ébranlé ce paradigme et a montré que Mercure est la seule autre planète tellurique connue en dehors de la Terre ayant une dynamo active. Mercure possède en effet un faible champ magnétique interne régi par des processus largement inconnus. Son exosphère est peuplée de nombreux éléments, avec de grandes variabilités spatiales et temporelles. Les interactions entre le champ magnétique interne, l’exosphère et le vent solaire conduit à l’existence d’une magnétosphère très dynamique qui induit à son tour des courants électromagnétiques à l’intérieur et l’exosphère.
MARMITE propose d’analyser les mesures de champ magnétique effectuées par la sonde actuellement en orbite autour de Mercure, MESSENGER. Le projet vise à caractériser le champ magnétique statique interne et l’estimation de sa possible variation séculaire. Il aura recours à de nouveaux systèmes de modélisation pour tenir compte de l’orbite très elliptique de MESSENGER et du fait que seule une partie de l’hémisphère nord est survolée d’assez assez près de la surface de la planète. Une fois ce champ interne décrit, il sera interprété en termes de structure et de dynamique de l’intérieur de la planète. Des simulations numériques de la dynamo seront effectuées à la fois pour expliquer la morphologie observée du champ pour prédire ce qui pourrait être sa morphologie au-dessus de l’hémisphère sud. Le modèle exosphérique sera couplé à un modèle hybride de la magnétosphère Ce modèle hybride exosphère - magnétosphère sera couplé via la conductivité électrique à l’intérieur et à la surface de la planète. Enfin, il est prévu de rassembler tous ces éléments en un seul modèle qui prendrait en compte toutes les sources magnétiques et toutes les interactions, en profitant de la collaboration originale entre des domaines de recherche qui sont généralement déconnectés.
Ce projet de recherche concerne en grande partie l’analyse des données de la mission MESSENGER de la NASA, en orbite autour de Mercure depuis 2011, pour valider les nouveaux modèles. Dans le cadre de MARMITE il est également prévu de développer des outils théoriques et analytiques pour modéliser l’environnement magnétique d’un corps faiblement magnétisé comme Mercure. Ceci sera contribuera tout particulièrement à une meilleure préparation de l’équipe pour la prochaine mission BepiColombo de l’ESA et de la JAXA, qui sera lancé en 2016. Il pourrait également être envisagé d’appliquer ces outils à l’étude d’autres planètes et satellites naturels, comme Ganymède, la Lune ou Mars, fournissant des études de cas pour une meilleure compréhension de notre planète.

Implication du LPP : G. Chanteur : Coordination de la participation du LPP ; modélisation de la magnétosphère ; modèle hybride. Il est Co-Pi de l’expérience PWI (mesure des ondes de plasma) de l’orbiteur magnétosphérique MMO de la mission BepiColombo de l’ESA – JAXA et responsable du DBSC (fluxmètre double bande) qui est une partie de PWI. D. Delcourt : circulation plasma et le couplage de l’exosphère. Il est responsable de MSA (Spectromètre de masse ionique) sur MMO.

Voir Participation instrumentale du LPP à la mission spatiale BepiColombo.


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