Academic literature on the topic 'Onde d'Alfvén'

L'objectif de cette thèse est de clarifier les conditions d'émergence en métaux liquides des ondes d'Alfvén dans un domaine géométriquement contraint. La première partie de ce travail de recherche est consacrée à une étude linéaire des ondes d'Alfvén dans l'approximation bas-Rm et en régime non inertiel. La seconde partie porte sur l'étude expérimentale d'un écoulement oscillant forcé électriquement, soumis à un champ magnétique axial, statique et uniforme, et confiné entre deux parois horizontales rigides, sans glissement et électriquement isolantes.Dans l'étude théorique menée, une première partie vise à discuter la relation de dispersion pour la dynamique des ondes d'Alfvén. Elle présente les conséquences liées à des gradients (mécaniques et magnétiques) perpendiculaires au champ magnétique imposé, plus particulièrement la manière dont la propagation de l'onde est ainsi modifiée. Dans la deuxième partie, un vortex axisymétrique confiné entre deux parois horizontales isolées électriquement et sans glissement est magnétiquement forcé à une fréquence donnée. Ce forçage prend en compte le rayon du vortex afin d'étudier l'impact des gradients transversaux sur la dynamique de l'écoulement. Une étude semi-analytique de la dynamique de l'écoulement est à nouveau réalisée dans un cadre bas-Rm et non inertiel. Cette étude, réalisée en faisant varier la fréquence de forçage et l'intensité du champ magnétique, met en évidence deux régimes très distincts, à savoir un premier régime oscillant-diffusif, régi par la compétition entre l'effet pseudo-diffusif de la force de Lorentz et le terme instationnaire de la quantité de mouvement, et un second régime, propagatif, régi par les ondes d'Alfvén et obtenu pour des fréquences de forçage plus élevées. L'étude met également en évidence l'impact des gradients transversaux sur ce régime propagatif. En plus de sur-amortir les ondes, les gradients transversaux modifient les fréquences naturelles des pics de résonance d'ondes, lesquels résultent de la superposition d'ondes incidentes et réfléchies entre les parois du domaine d'étude.Parallèlement à ce travail théorique, un dispositif a été conçu afin d'étudier expérimentalement la dynamique d'écoulements oscillants sous un champ magnétique (jusqu'à 10T). Un écoulement est forcé dans un récipient cubique de 15 cm x 15 cm x 10 cm au moyen d'un courant alternatif injecté à l'aide de quatre électrodes situées sur la plaque inférieure. En utilisant une instrumentation basée sur les différences locales de potentiel électrique aux niveau des plaques (d'Hartmann) supérieure et inférieure, nous validons les prédictions du modèle. Plus précisément, nous retrouvons un régime propagative modifié par les gradients transversaux ainsi que le régime oscillant-diffusif, obtenu pour des fréquences de forçage plus faibles.En plus des résultats obtenus à la fréquence de forçage, un premier aperçu des signaux obtenus à d'autres fréquences est présenté. Certains des pics de fréquence obtenus ne pouvant pas être expliqués par une approche linéaire, nous suggérons qu'ils sont générés par des interactions non linéaires d'ondes d'Alfvén. En outre, une étude préliminaire sur le pic à la première harmonique de la fréquence de forçage montre qu'il est très probablement associé à des ondes d'Alfvén
The thesis aims to clarify the conditions for Alfvén waves to propagate in a closed liquid metal domain. A first part of the research work presented is dedicated to a linear study of Alfvén waves in the low-Rm approximation and under the inertia-less limit. The second part is the experimental investigation of an electrically-induced oscillating flow subjected to an axial, static and uniform magnetic field and confined between two electrically insulating and no-slip horizontal walls.The theoretical study is itself split into two sub-parts. The first one aims to discuss the dispersion relation which contains the Alfvén wave dynamics. It presents the consequences of (mechanical and magnetic) gradients perpendicular to the imposed magnetic field. As such transverse gradients tend to impede the wave propagation. In the second sub-part an axisymmetric vortex confined between to electrically insulated and no-slip horizontal walls is magnetically forced at a given frequency. This forcing is radially dependent so as to study the impact of transverse gradients on the flow dynamics. A semi-analytical investigation of the flow dynamics is again carried out in the low-Rm approximation and under the inertia-less limit. This investigation is performed by varying the forcing frequency and the magnetic field intensity. This brings to emphasize two very distinct regimes for the oscillating vortex:- an oscillating-diffusive regime governed by the competition between pseudo-diffusive effects of the Lorentz force and the unsteady term of the momentum- a truly propagative regime, obtained for higher forcing frequencies, found definitelygoverned by Alfvén waves.The study also highlights how the propagative regime can be affected by transverse gradients. In addition to over-damping the waves, transverse gradients are found to modify the natural frequencies for which wave resonance peaks result from the superimposition of incident and reflected waves in the container.Beside this theoretical work, a setup has been designed in order to experimentally investigate the dynamics of oscillating flows under a strong magnetic field (up to 10T). A flow was forced in a cuboid vessel 15 cm x 15 cm x 10 cm by means of AC currents injected through a cartesian grid of four electrodes located at the bottom plate. Using instrumentation based on the measurement of local electric potential differences at the top and bottom horizontal (Hartmann) plates, we validate model's prediction. More precisely, a propagative dynamics in the presence of transverse gradients is recovered. The oscillating-diffusive regime is also recovered from experiments performed at small enough forcing frequency.In addition to results obtained at the forcing frequency, a first insight of signals obtained at other frequencies is shown. Frequency peaks obtained, eg the harmonics of the forcing frequency, are demonstrated not to be explained by a linear approach. We suggest that Alfvén wave non-linear interactions are a good candidate to explain these peaks. A preliminary study further shows that peaks at the first harmonic are likely to be Alfvén waves

La filamentation des ondes d'alfven dispersives se propageant le long d'un champ magnetique ambiant dans un plasma homogene est consideree dans le cadre d'un formalisme d'enveloppe pour des ondes quasi-monochromatiques de faible amplitude. La presence de dispersion prescrit la polarisation circulaire de l'onde et sa dynamique d'enveloppe est alors regie par une equation de schrodinger non lineaire (nls) couplee a des equations de type hydrodynamiques pour les ondes magnetosonores basse frequence excitees par la modulation. Selon la largeur du paquet d'onde incident, un collapse transverse (filamentation) de l'onde peut avoir lieu ou, au contraire, etre arrete sous l'effet des ondes magnetosonores. Dans les deux cas celles-ci developpent de forts fronts, precurseurs d'effets hydrodynamiques forts non decrits dans un formalisme d'enveloppe. Les petites echelles ainsi formees permettent aux phenomenes dissipatifs d'entrer en jeu et de chauffer le plasma sans necessiter un milieu inhomogene ou des ondes d'amplitude initialement faible. L'application a des milieux ou la dissipation ohmique est faible, tels que les trous coronaux solaires, est discutee dans le cas d'une modulation stationnaire. Afin de decrire des regimes tres faiblement dispersifs ou la polarisation circulaire n'est plus maintenue, une asymptotique non standard est developpee. La dynamique d'enveloppe est alors gouvernee par une equation nls vectorielle anisotrope conduisant a la formation de nappes de forts gradients. Il en resulte des structures dissipatives moins localisees et une dissipation d'energie globalement augmentee par rapport au cas de regimes fortement dispersifs.

Les ondes d'alfven sont un phenomene de propagation observe lorsque l'on soumet un plasma magnetise a un fort champ magnetique exterieur bo. Ces phenomenes sont decrits par les equations generales de la magnetohydrodynamique (mhd). Ces equations etant tres complexes d'un point de vue mathematique, un interet croissant a ete porte ces dernieres annees a ses limites asymptotiques. En tenant compte de l'effet hall dans la loi d'ohm generalisee, le systeme (mhd) devient dispersif, et il est possible de distinguer, dans le cas de la propagation d'ondes d'alfven, plusieurs modeles asymptotiques distincts. Dans cette these, nous avons etudie d'un point de vue mathematique un certain nombre de ces modeles asymptotiques. Tout d'abord, nous avons etudie le modele multidimensionnel de l'equation dnls, propose par myollus et wyller. Apres avoir considere le probleme lineaire associe, en obtenant des estimations du type strichartz, nous avons traite le probleme de cauchy relatif au systeme general, dans le contexte des espaces de sobolev analytiques de hayashi. Puis, nous avons traite le cas de l'equation dnls avec terme non-local, representant la resonance des particules. Ensuite nous avons effectue l'etude complete de l'equation de zakharov-rubenchick 1d, en montrant en particulier l'existence de solutions du type ondes-solitaires qui sont orbitalement stables. Finalement, nous avons pu demontrer rigoureusement que la dynamique definie par l'equation de schrodinger cubique se retrouve en partie dans celle relative a l'equation dnls.

Les traversees de la magnetopause sont accompagnees par une tres forte intensification des fluctuations electriques et magnetiques dans la gamme ubf. L'etude est basee sur les donnees du magnetometre alternatif du satellite geos-2. Une description detaillee montre que: les fluctuations sont alfveniques, la densite spectrale d'energie magnetique varie comme f## et les fluctuations sont polarisees essentiellement perpendiculairement au champ magnetique statique. Leur interpretation a conduit a etudier successivement les modes d'alfven lineaires en plasma chaud, la turbulence mhd, les solitons d'alfven, pour retenir finalement l'hypothese des structures localisees dans l'espace de type onde d'alfven resultant soit d'un confinement lie a la non-linearite, soit d'un couplage avec des modes de derive

La résonance cyclotronique ionique est utilisée dans certains modèles pour fournir la contribution nécessaire à l'accélération du vent solaire "rapide", voire pour chauffer la couronne solaire. Elle est souvent associée, dans ces modèles, à une cascade turbulente d'ondes d'Alfvén, dont les ondes cyclotroniques ioniques constituent la limite haute-fréquence. Ces modèles s'appuient en particulier sur certaines caractéristiques des distributions cinétiques ioniques observées dans la haute couronne (par spectroscopie) et dans le vent solaire (mesures in situ), telles que chauffage préférentiel en fonction du rapport charge-sur-masse (q/m), anisotropies de températures, ou vitesses différentielles.
L'objet principal de cette thèse consiste à mettre en évidence des signatures d'ondes d'Alfvén et d'ondes cyclotroniques dans la basse couronne solaire (<1.5 rayons solaires), dans l'intention de mieux contraindre l'énergie réellement présente sous forme d'ondes, et celle effectivement dissipée dans la couronne.
Pour cela, j'ai utilisé les largeurs des raies coronales appartenant à des ions de différents q/m, observées à l'aide du spectromètre SUMER opérant dans l'extrême-UV, et embarqué à bord du satellite SOHO. J'ai séparé les deux principales contributions à ces largeurs : effets Doppler thermique et "non-thermique" (lequel est potentiellement dû à la présence d'ondes d'Alfvén), en analysant le gradient des largeurs en fonction de l'altitude au dessus du limbe solaire. Lors de ce travail, j'ai montré l'importance de corriger les profils de raies observés de l'effet de la lumière diffusée instrumentale.
J'ai mis en évidence deux signatures de chauffage préférentiel dans un trou coronal : les ions de plus petits q/m sont plus chauds que les autres à une altitude donnée, et ils sont davantage chauffés quand l'altitude augmente. Par ailleurs, les courbes de températures en fonction de q/m présentent une tendance similaire dans un trou coronal et dans une région de "soleil calme", ce qui laisse penser que la résonance cyclotronique ionique se produit à toutes les latitudes.
Ces résultats me permettent de suggérer quelques pistes pour la modélisation des échanges entre ondes, ions minoritaires et protons.

L'accélération de particules est une thématique d'astrophysique générale qui
peut être étudiée dans un laboratoire naturel : les régions aurorales de la
Terre, et plus globalement, celles des planètes magnétisées. Ces régions sont
en effet le siège de nombreux processus qui donnent, entre autres, naissance
aux aurores boréales et australes, phénomènes spectaculaires mais dont de
nombreux aspects restent incompris. En particulier, de multiples mesures de
satellites ont montré l'existence de populations de particules énergétiques
précipitant vers la Terre, nécessitant le maintien d'une différence de
potentiel électrique élevée que la plupart des modèles proposés sont incapables
de reproduire. D'une manière générale, comprendre l'accélération, c'est
comprendre une partie du couplage dynamique entre la magnétosphère, où
l'énergie est libérée lors des sous-orages, et l'ionosphère où l'énergie est
dissipée. L'étude de cette dissipation, qui opère sur de courtes échelles
spatiales et temporelles, constitue le thème principal de ce travail. Dans
ce but, nous considérons une perturbation électromagnétique, sous forme d'onde
d'Alfvén, se propageant le long des lignes de champ magnétique. Son
interaction, en région aurorale, avec les cavités de plasma, structures
fortement inhomogènes, conduit à l'apparition de champs électriques parallèles
susceptibles d'accélérer les particules, ainsi qu'à un transfert d'énergie
significatif des ondes vers les électrons. Finalement, cette étude permet de
dégager un nouveau scénario de formation des arcs auroraux. Ce travail a été
mené de façon analytique avant d'être traité numériquement grâce à un code
particulaire.