Durée
25h Th, 5h Pr
Nombre de crédits
| Master en sciences spatiales, à finalité | 4 crédits |
Enseignant
Langue(s) de l'unité d'enseignement
Langue anglaise
Organisation et évaluation
Enseignement au deuxième quadrimestre
Horaire
Unités d'enseignement prérequises et corequises
Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme
Contenus de l'unité d'enseignement
L'essentiel de la matière de l'Univers existe sous forme de matière ionisée, décrite en termes de plasma. Les lois gouvernant un gaz ionisé diffèrent de celles décrivant un fluide neutre, du fait de l'importance des interactions électromagnétiques agissant dans un plasma. Ce cours aura pour objectif d'introduire les lois fondamentales gouvernant spécifiquement les plasmas.
Ce cours introduira les principales lois et propriétés gouvernant la matière dans l'état de plasma. Nous discuterons l'équilibre de Saha qui régit la concentration de matière ionisée dans un plasma. Les principales quantité caractéristiques seront introduites (longueur de Debye, fréquence de plasma,...). Nous analiserons le mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique, tenant compte de la présence d'autres champs d'interaction, tels qu'un champ électrique ou la gravité, et nous décrirons les vitesses de dérive que produisent ces interactions combinées. Le mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique inhomogène sera décrit, ainsi que la dérive de gradient-courbure. Les invariants adiabatiques seront introduits et utilisés pour étudier l'effet miroir.
Les équations fluides décrivant les plasmas seront introduites comme des lois résultant du calcul des moment de l'équation de Boltzmann, et exprimant la conservation de la masse, de l'impulsion et de l'énergie. Les lois électrodynamiques seront revues également, et la loi d'Ohm généralisée sera introduite. Le paramètre de plasma b, qui représente le rapport entre pression cinétique et pression magnétique, sera également discuté. L'équation de l'induction, d'une importance particulière, sera étudiée, et les concepts de diffusion magnétique et de gel du champ seront introduits.
Nous nous tournerons ensuite vers les ondes traversant les plasmas, et discuterons la fréquence de plasma. Nous introduirons les principales équations décrivant les ondes en physique des plasmas, et en particulier celles décrivant les ondes d'Alfvèn, incluant les ondes sonores et les modes magnéto-soniques lents et rapides. L'équation de Hartree-Appelton sera introduite ansi que les diverses ondes qu'elle décrit.
Le problème important des discontinuités dans un plasma sera abordé, et les relations de Rankine-Hugoniot seront introduites. Plusieurs types de discontinuités seront analysés.
Finalement, plusieurs applications de la physique des plasmas sont considérées: les mécanismes de base à l'origine du champ magnétique des objets célestes, le processus de charge électrique de la surface des satellites, et les principes de base du confinement magnétique du plasma à des fins de fusion nucléaire.
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement
Au terme du cours, l'étudiant aura appris
- ce qu'est un plasma et quels sont les paramètres qui le décrivent
- quelles sont les lois fondamentales qui gouvernent le mouvement des particules chargées dans un plasma
- comment décrire un plasma en termes fluides
- quelles sont les principales ondes se propageant dans un plasma
- ce que sont les discontinuités dans un plasma et comment elles sont décrites
- ce qu'est le processus de reconnexion magnétique.
Savoirs et compétences prérequis
L'étudiant devra avoir des connaissances en mathématiques et en physique d'un niveau comparable à celui des cours dispensés au niveau bachelier dans la section de physique.
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement
Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)
25 heures de cours. 5 heures seront consacrées à des séances d'exercices.
Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours
Les diapositives du cours seront mise à disposition des étudiants.
Modalités d'évaluation et critères
Toutes sessions confondues :
- En présentiel
évaluation écrite ( questions ouvertes ) ET évaluation orale
- En distanciel
évaluation écrite ( questions ouvertes )
- Si évaluation en "hybride"
préférence en distanciel
Explications complémentaires:
Un examen écrit et un examen oral seront organisés. L'évaluation théorique reposera sur une liste de questions préalamblement dstribuée aux étudiants.
ADAPTATION POUR L'ANNEE 2020-2021
En raison des conditions sanitaires toujours apocalyptiques que nous connaissons, il ne sera pas possible d'organiser un examen oral en face-à-face. Comme une liste de questions a été distribuée au début du quadrimestre, l'évaluation restera basée sur cette liste de questions, afin que le travail déjà fourni ne soit pas gaspillé. A la date convenue de l'examen, vous recevrai une liste de 4 questions, et il sera demandé d'envoyer au professeur la réponse que vous aurez préparée pour chacune d'elles. Vous devrez donc scanner vos réponses et les envoyer par e-mail ou par tout autre moyen d'échange de fichiers (par exemple, belnet file sender, recommandé par l'université). Les réponses que vous scannerez devront être manuscrites (pour éviter le simple copier-coller), et votre nom devra apparaître clairement sur chaque page. Quelques sous-questions seront également ajoutées auxquelles vous devrez répondre dans le même format: travail manuscrit, scanné et envoyé. Vous n'aurai que 2 heures pour envoyer votre travail. Par conséquent, il est conseillé de scanner toutes vos réponses à l'avance. Si vous n'avez pas de scanner, les photos prises avec un appareil photo ou avec votre téléphone feront l'affaire. Veuillez vérifier au préalable que votre version électronique est facilement lisible et peut être facilement envoyée par voie électronique. L'examen sera donc une sorte de travail réalisé à la maison, mais basé sur la liste des questions qui vous a été fournie. La fonction des sous-questions sera de s'assurer que vous avez une certaine connaissance de la matière.
Si vous n'avez aucun moyen de produire et d'envoyer une copie électronique de vos réponses, contacter le professeur et une solution sera trouvée.
Dés lors que les séances d'exercice auront dû être organisées dans des conditions défavorables, sans séance en présentiel, elles ne feront pas l'objet d'une évaluation.
Stage(s)
Remarques organisationnelles et modifications principales apportées au cours
Contacts
Benoît Hubert
B.Hubert@ulg.ac.be