Turbulence à hautes fréquences dans le vent solaire PDF Download
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Author: Romain Meyrand
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Languages : fr
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Book Description
La turbulence tridimensionnelle se caractérise par sa capacité à transférer de l'énergie des grandes vers les petites échelles où elle est finalement dissipée. Lorsqu'elle se produit dans un plasma non-collisionnel comme le vent solaire, une modélisation cinétique semble a priori nécessaire. Toutefois, la complexité d'une telle approche limite les développements théoriques et condamne les expériences numériques à se restreindre à des nombres de Reynolds peu élevés. Dans quelles mesures un modèle mono-fluide comme la MHD Hall permet-il de rendre compte des phénomènes observés dans le vent solaire aux échelles sub-ioniques ? C'est la problématique à laquelle s'est attaquée cette thèse. L'idée directrice de ce travail est de tirer profit de la relative simplicité des modèles fluides et de la puissance algorithmique des méthodes pseudo-spectrales pour aborder la turbulence du vent solaire par des simulations numériques directes tridimensionnelles massivement parallèles à grands nombres de Reynolds. Ces simulations numériques ont permis de mettre en évidence l'existence d'une brisure spontanée de symétrie chirale en turbulence MHD Hall incompressible, ainsi que l'existence d'un nouveau régime appelé ion MHD (IMHD). Un modèle phénoménologique a été proposé pour rendre compte de ces résultats et de nouvelles prédictions ont été faites, puis confirmées numériquement. Enfin, l'étude de l'effet d'un fort champ magnétique uniforme sur la dynamique turbulente a permis de confirmer pour la première fois une ancienne conjecture. L'inertie des électrons a ensuite été prise en compte toujours dans un modèle fluide. Par une approche hydrodynamique classique, une loi universelle a été obtenue pour les fonctions de structure d'ordre trois. L'ensemble de ces résultats est qualitativement en accord avec les mesures in situ du vent solaire et remet en cause le paradigme selon lequel les raidissements successifs du spectre des fluctuations magnétiques sont provoqués nécessairement par des phénomènes d'origine cinétique. De manière plus générale, cette thèse soulève des questions fondamentales sur les processus non-collisionnels de dissipation dans les plasmas turbulents.
Author: Romain Meyrand
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Languages : fr
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Book Description
La turbulence tridimensionnelle se caractérise par sa capacité à transférer de l'énergie des grandes vers les petites échelles où elle est finalement dissipée. Lorsqu'elle se produit dans un plasma non-collisionnel comme le vent solaire, une modélisation cinétique semble a priori nécessaire. Toutefois, la complexité d'une telle approche limite les développements théoriques et condamne les expériences numériques à se restreindre à des nombres de Reynolds peu élevés. Dans quelles mesures un modèle mono-fluide comme la MHD Hall permet-il de rendre compte des phénomènes observés dans le vent solaire aux échelles sub-ioniques ? C'est la problématique à laquelle s'est attaquée cette thèse. L'idée directrice de ce travail est de tirer profit de la relative simplicité des modèles fluides et de la puissance algorithmique des méthodes pseudo-spectrales pour aborder la turbulence du vent solaire par des simulations numériques directes tridimensionnelles massivement parallèles à grands nombres de Reynolds. Ces simulations numériques ont permis de mettre en évidence l'existence d'une brisure spontanée de symétrie chirale en turbulence MHD Hall incompressible, ainsi que l'existence d'un nouveau régime appelé ion MHD (IMHD). Un modèle phénoménologique a été proposé pour rendre compte de ces résultats et de nouvelles prédictions ont été faites, puis confirmées numériquement. Enfin, l'étude de l'effet d'un fort champ magnétique uniforme sur la dynamique turbulente a permis de confirmer pour la première fois une ancienne conjecture. L'inertie des électrons a ensuite été prise en compte toujours dans un modèle fluide. Par une approche hydrodynamique classique, une loi universelle a été obtenue pour les fonctions de structure d'ordre trois. L'ensemble de ces résultats est qualitativement en accord avec les mesures in situ du vent solaire et remet en cause le paradigme selon lequel les raidissements successifs du spectre des fluctuations magnétiques sont provoqués nécessairement par des phénomènes d'origine cinétique. De manière plus générale, cette thèse soulève des questions fondamentales sur les processus non-collisionnels de dissipation dans les plasmas turbulents.
Author: CHADI.. SALEM
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Languages : fr
Pages : 309
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Book Description
CE TRAVAIL EST LIE A UN PROBLEME CLE, RELEVANT A LA FOIS DE LA PHYSIQUE SPATIALE ET DE LA PHYSIQUE FONDAMENTALE, QUI EST LA CARACTERISATION DES PHENOMENES DISSIPATIFS DANS UN MILIEU TURBULENT FAIBLEMENT COLLISIONNEL. DE PAR SES PROPRIETES QUE L'ON MESURE IN-SITU GRACE AUX SONDES SPATIALES, LE VENT SOLAIRE CONSTITUE UN LABORATOIRE IDEAL POUR CE TYPE D'ETUDES. LE BUT DE CETTE THESE EST D'ANALYSER LES FLUCTUATIONS ASSOCIEES AU VENT SOLAIRE ET DE DONNER, POUR LA PREMIERE FOIS, UNE VUE GLOBALE DES PHENOMENES AYANT LIEU SUR UNE TRES GRANDE GAMME D'ECHELLES, ALLANT DES ECHELLES MACROSCOPIQUES MHD (BASSES FREQUENCES) AUX ECHELLES CINETIQUES (HAUTES FREQUENCES), OU LA DISSIPATION EST SUPPOSEE JOUER UN ROLE IMPORTANT. NOUS UTILISONS POUR CELA LES OBSERVATIONS FOURNIES PAR LA NOUVELLE GENERATION D'INSTRUMENTS (MESURANT LES ONDES ET LES PARTICULES) EMBARQUES SUR LA SONDE SPATIALE WIND, DONT LES HAUTES RESOLUTIONS TEMPORELLES (JUSQU'A UNE DIZAINE DE MICROSECONDES) ET SPECTRALES (QUELQUES HZ) N'ONT JAMAIS ETE ATTEINTES AUPARAVANT DANS LE VENT SOLAIRE. CETTE HAUTE RESOLUTION A PERMIS DE REVELER QUE, CONTRAIREMENT A LA TURBULENCE A BASSE FREQUENCE, LES ONDES A HAUTE FREQUENCE SONT TRES COHERENTES. CE TRAVAIL SE DIVISE EN TROIS PARTIES : (1) L'ETUDE DES ONDES ELECTROSTATIQUES COHERENTES A PARTIR DE L'ANALYSE DU BRUIT ELECTROMAGNETIQUE A HAUTE FREQUENCE MESURE PAR L'EXPERIENCE WAVES ; (2) L'ETUDE DES PROPRIETES GLOBALES DES PROTONS ET DES ELECTRONS DU VENT SOLAIRE VIA L'ANALYSE DES FONCTIONS DE DISTRIBUTION DES PARTICULES OBTENUES PAR L'EXPERIENCE 3D-PLASMA ; (3) L'ETUDE DE LA TURBULENCE A BASSE FREQUENCE A PARTIR DU CHAMP MAGNETIQUE MESURE PAR L'EXPERIENCE MFI ET DES DONNEES PARTICULES OBTENUES PAR L'EXPERIENCE 3D-PLASMA.
Author: C.-Y. Tu
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 9401585415
Category : Science
Languages : en
Pages : 214
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Book Description
This is the first book to give a comprehensive overview of recent observational and theoretical results on solar wind structures and fluctuations and magnetohydrodynamic waves and turbulence, preference being given to phenomena in the inner heliosphere. Emphasis is placed on the progress made in the past decade in the understanding of the nature and origin of especially small-scale, compressible and incompressible fluctuations. Turbulence models describing the spatial transport and spectral transfer of the fluctuations in the inner heliosphere are discussed. Intermittency of solar wind fluctuations and their statistical distributions are investigated. Studies of the heating and acceleration effects of the turbulence on the background wind are critically surveyed. Finally, open questions concerning the origin, nature and evolution of the fluctuations are listed, and perspectives for future research are outlined. The book is for graduate students and researchers in the field. Other target groups are scientists and professionals interested in space plasma physics and/or MHD turbulence.
Author: Roberto Bruno
Publisher: Springer
ISBN: 3319434403
Category : Science
Languages : en
Pages : 270
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Book Description
This book provides an overview of solar wind turbulence from both the theoretical and observational perspective. It argues that the interplanetary medium offers the best opportunity to directly study turbulent fluctuations in collisionless plasmas. In fact, during expansion, the solar wind evolves towards a state characterized by large-amplitude fluctuations in all observed parameters, which resembles, at least at large scales, the well-known hydrodynamic turbulence. This text starts with historical references to past observations and experiments on turbulent flows. It then introduces the Navier-Stokes equations for a magnetized plasma whose low-frequency turbulence evolution is described within the framework of the MHD approximation. It also considers the scaling of plasma and magnetic field fluctuations and the study of nonlinear energy cascades within the same framework. It reports observations of turbulence in the ecliptic and at high latitude, treating Alfvénic and compressive fluctuations separately in order to explain the transport of mass, momentum and energy during the expansion. Further, existing models are compared with direct observations in the heliosphere. The problem of self-similar and anomalous fluctuations in the solar wind is then addressed using tools provided by dynamical system theory and discussed on the basis of available models and observations. The book highlights observations of Yaglom’s law in solar wind turbulence, which is one of the most important findings in fully developed turbulence and directly related to the long-lasting and still unsolved problem of solar wind plasma heating. Lastly, it includes a short chapter dedicated to the kinetic range of fluctuations, which has recently been receiving more attention from the space plasma community, since this is inherently related to turbulent energy dissipation and consequent plasma heating. It particularly focuses on the nature and role of the fluctuations populating this frequency range, and discusses several model predictions and recent observational findings in this context.
Author: Luca Marradi
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Languages : en
Pages : 163
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Book Description
Two specific aspects of solar wind turbulence at scales comparable with the ion Larmor radius were considered : anisotropic plasma heating, and the electromagnetic spectral properties of the turbulent cascade in the direction perpendicular to the ambient magnetic field. These problems were studied by means of one-dimensional numerical simulations with two different methods : a FLR-Landau fluid (FLR-LF) model that extends anisotropic magnetohydrodynamics by retaining low-frequency kinetic effects such as Landau damping and finite Larmor radius corrections, and a hybrid Vlasov code in 1d-3V phase space dimensions (HV). Preliminary investigations were performed in the context of compressible Hall-MHD that demonstrated a possible Alfvén wave cascade in the parallel direction at scales smaller than the ion inertial length. Simulations of the FLR-LF model in quasi-perpendicular directions with a random forcing aiming at mimicking the tail of the Alfvén cascade show a non-resonant ion perpendicular heating and the development of the mirror instability which constraints the system to remain near instability threshold. The FLR-LF model has been extended to include the effect of a weak amount of collisions described by a BGK operator. Simulations including collisions show a very good agreement with satellite data. We also performed simulations with the HV code where a forcing on the electric fields code was introduced. These simulations showed the generation of a power-law spectrum with slope -5/3 at scales larger than the ion skin depth, and slope -7/3 in the short wavelengths range, together with the formation of "perpendicular shocks" and magnetic holes.
Author: Pierre Henri
Publisher:
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Languages : en
Pages : 155
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Author: Munehito Shoda
Publisher: Springer
ISBN: 9789811610325
Category : Science
Languages : en
Pages : 94
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This book discusses key theoretical aspects concerning the formation of the solar wind: the most essential building block in the heliosphere, in which planets orbit. To understand the influence of solar activity on planetary magnetospheres and atmospheres, we need to first understand the origin of the solar wind, which is still under debate. This book presents the outcomes of state-of-the-art numerical simulations of solar wind acceleration, including the first three-dimensional simulation of the turbulence-driven solar wind model. One of the book’s goals is to include compressional effects in the dynamics of solar wind turbulence; accordingly, it discusses parametric decay instability in detail. Several key aspects that are relevant to the Parker Solar Probe observations are also discussed. Given its scope, the book plays a key role in bridging the gap between the theory of magnetohydrodynamic turbulence and current/future in-situ observations of the solar wind. This book is based on the Ph.D. thesis by the author, which won the 2019 International Astronomical Union Division E Ph.D. prize.
Author: SEBASTIEN.. GALTIER
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Languages : fr
Pages : 304
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LES OBSERVATIONS DU VENT SOLAIRE, DU SOLEIL ET DU MILIEU INTERSTELLAIRE NOUS MONTRENT DES MILIEUX COMPLEXES OU LE CHAMP MAGNETIQUE A UN ROLE DYNAMIQUE ET OU DE MULTIPLES STRUCTURES INTERAGISSENT. CETTE THESE CONTRIBUE A UNE ETUDE THEORIQUE, PHENOMENOLOGIQUE ET NUMERIQUE DE LA TURBULENCE MHD EN SE PLACANT DANS CE CONTEXTE OBSERVATIONNEL. ON MONTRE, GRACE A UN MODELE MHD UNIDIMENSIONEL, QUE C'EST LA SUPERPOSITION D'UNE MULTITUDE D'EVENEMENTS DISRUPTIFS, LIES A L'INTERMITTENCE DE LA DISSIPATION JOULE, QUI PERMET D'EXPLIQUER LES HISTOGRAMMES EN LOIS DE PUISSANCE DES PICS DE LUMINOSITE OBSERVES EN RAYONS X. UNE INTERPRETATION DE LA STRUCTURE THERMIQUE DES BOUCLES CORONALES SOLAIRES EN REPONSE AU CHAUFFAGE DISSIPATIF ISSU DE CE MODELE MHD EST AUSSI PROPOSEE. ENFIN, UNE ETUDE DES SOLUTIONS EXACTES D'UN SYSTEME MHD DE DIMENSION UN OFFRE UNE MEILLEURE COMPREHENSION DES CHOCS, NOMBREUX DANS L'HELIOSPHERE, EN IDENTIFIANT PRECISEMENT LES STRUCTURES QUI EMERGENT. D'AUTRE PART, ON DEVELOPPE UN FORMALISME DE TURBULENCE FAIBLE MHD EN PRESENCE D'UN FORT CHAMP MAGNETIQUE UNIFORME PERMETTANT DE DERIVER LES LOIS D'ECHELLES SUIVIES PAR LES SPECTRES D'ENERGIE DANS LE CAS INCOMPRESSIBLE ET EN PRESENCE DE CORRELATION ENTRE CHAMP DE VITESSE ET CHAMP MAGNETIQUE. LE CALCUL ANALYTIQUE DES CONSTANTES APPARAISSANT DEVANT LES SPECTRES EST AUSSI REALISE. ENFIN, UNE PHENOMENOLOGIE DE LA DECROISSANCE TEMPORELLE DE L'ENERGIE EN MHD EST PROPOSEE EN S'APPUYANT SUR LA PERSISTENCE DES GRANDS TOURBILLONS ET SUR LE MODELE D'IROSHNIKOV-KRAICHNAN. IL APPARAIT QUE LES LOIS DE DECLIN DIFFERENT SIGNIFICATIVEMENT SUIVANT LE TYPE DE FLUIDE CONSIDERE, NEUTRE OU CONDUCTEUR, METTANT AINSI EN EVIDENCE LE ROLE DYNAMIQUE IMPORTANT DES ONDES D'ALFVEN.
Author: Charles Vincent
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3662045842
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 322
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Book Description
Jointly published with INRA, Paris. Pesticide resistance is becoming more frequent and widespread with more than 500 insect species known to have become resistant to synthetic insecticides. On the other hand, consumers increasingly demand agricultural products without any pesticide residues. This book, for the first time, shows the alternative: solely physical methods for plant protection by means of thermal, electromagnetic, mechanical and vacuum processes. A glossary rounds up this extremely valuable book.
Author: Ahmed Belasri
Publisher: Springer Nature
ISBN: 9811554447
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 659
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Book Description
This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
