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Parution d’un nouveau livre sur les plasmas sans collisions en astrophysique

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Figure 1 : La magnétosphère terrestre est un laboratoire naturel qui permet d’illustrer beaucoup des concepts théoriques présentés dans le livre.

Comblant un manque dans la littérature scientifique, « Collisionless Plasmas in Astrophysics », explique les possibilités de modéliser ces plasmas, en utilisant des descriptions fluides ou cinétiques. Ce livre se veut un manuel de base sur la physique des plasmas, et il couvre donc tous les sujets classiques du domaine tels que la turbulence (faible / forte), la reconnexion magnétique, les ondes linéaires, les instabilités et les effets non linéaires. Sa principale spécificité est d’accorder une attention particulière, dans chaque domaine, à la limite "sans collisions" et aux conséquences des différentes modélisations, fluides ou cinétiques. Les lecteurs qui découvrent le domaine y trouveront les notions de base essentielles. Ceux qui le connaissent déjà y trouveront le recul nécessaire pour aborder certaines questions profondes concernant la notion de collision (en commençant par sa définition elle-même) et la limite "sans collisions" (en particulier l’utilisation délicate des notions thermodynamiques classiques tels que l’entropie dans ce cas). Le livre devrait aussi aider à comprendre les compromis qui sont nécessaires pour modéliser les plasmas dans différentes circonstances, la modélisation fluide globale étant souvent nécessaire pour compléter la description cinétique, cette dernière n’étant généralement utilisable en pratique que pour les petites échelles et pour des géométries simples (par exemple 1-D). Des illustrations abondantes sont données en physique spatiale aussi bien qu’en astrophysique, dont trois exemples sont donnés ici (Figures 1, 2 et 3).

Plus de détails sur ce livre se trouvent sur le site de l’éditeur.

Gérard Belmont et Roland Grappin sont chercheurs au LPP.

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Figure 2 : Une image pour faire comprendre la physique de l’effet Landau (amortissement cinétique des ondes) et introduire de façon logique les calculs correspondants. Quand on a un nombre très élevé d’oscillateurs couplés avec des fréquences propres différentes, on ne peut exciter un mode purement monochromatique de l’ensemble qu‘à la condition de savoir imposer un nombre très élevé de conditions initiales (beaucoup de doigts très précis...). Sinon, on excite nécessairement des paquets d’ondes, et l’amortissement s’ensuit.
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Figure 3 :Turbulence au-dessus d’une tasse de thé. La lumière du soleil rend visible les tourbillons turbulents forcés par le gradient de température au-dessus de la surface chaude du liquide. Les modèles décrivant la dynamique de ces tourbillons sont utilisables pour décrire également la turbulence des plasmas à grande échelle comme ceux qu’on rencontre dans la couronne et le vent solaire.


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