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 ; enseignement à distance)
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
An oral and a writen examination will be organized.
Stage(s)
Remarques organisationnelles
Contacts
Benoît Hubert
B.Hubert@ulg.ac.be
Adaptation des engagements pédagogiques suite à la pandémie de COVID-19 pour la session de mai-juin
Méthodes d'apprentissage mises en œuvre : enseignement à distance
Matière de l'évaluation
Méthodes d'évaluation
L'évaluation restera basée sur la liste des questions distribuées au début du quadrimestre, afin que le travail que vous avez déjà accompli ne soit pas perdu. A la date convenue de l'examen, je vous enverrai une liste de 4 questions, et je vous demanderai de m'envoyer la réponse que vous aurez préparée pour chacune d'elles. Vous devrez donc scanner vos réponses et me les envoyer par e-mail ou par tout autre moyen d'échange de fichiers. Les réponses que vous scannerez doivent être manuscrites pour éviter un simple copier-coller, et votre nom doit apparaître clairement sur chaque page. J'ajouterai également quelques sous-questions auxquelles vous devrez répondre dans le même format: travail manuscrit, scanné et envoyé. Je ne vous laisserai que 2 heures pour m'envoyer votre travail. Par conséquent, je vous conseille 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 fait à domicile, mais basé sur la liste des questions que vous avez reçues. Le but des sous-questions sera de s'assurer que vous avez une certaine connaissance de la matière. Vos réponses peuvent être rédigées en anglais ou en français, à votre meilleure convenance. Je laisserai également tomber les exercices. Les séances d'exercices nécessiteraient une présence dans une salle de classe, et nous ne pouvons pas organiser de telles activités pour le moment...
Contact
Adaptation des engagements pédagogiques suite à la pandémie de COVID-19 pour la session août-sept
Matière de l'évaluation
Méthodes d'évaluation (et plateforme utilisée)
Modalités identiques à celles de l'évaluation de Juin 2020.