Prsentation PowerPoint

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CrossScale
Comment définir une mission magnétosphérique
Post Cluster ambitieuse (2017) ? Quelles
questions scientifiques ? Quelle peut être la
mission qui réponde à ces questions ? Quel peut
être son cadre de réalisation ? Une base qui
est celle de lapproche Cluster en essayant de
se projetter à lhorizon 2015 2020 !
W.Baumjohann, L. Blomberg , R. Bruno, P. Canu,
M. Fujimoto, K.H.Glassmeier, T. Horbury,
H.Koskinnen, P. Louarn, R. Nakamura, T.
Pulkinnen, A. Roux, C. Owen, J.A Sauvaud, S.
Schwartz, A. Vaivads
Paris 2005
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Apport de CLUSTER des OUTILS NOVATEURS
multi-satellites
1
1
V
2
2
4
3
4
3
Cas mince orientation, vitesse, épaisseur
Cas épais organisation et dynamique interne
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Détermination des opérateurs différentiels
rot(B) -gt J , (B.grad) (B) ,
grad(P) (Dynamique plasma et particules) Etude
des corrélations ltei(t). ej(ta)gt (Analyse des
fluctuations, turbulence)
2
4
3
Analyse 3D des structures
La vision GEOMETRIQUE des phénomènes
La vision PHYSIQUE des processus
Paris 2005
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Echelles de dissipation (les chocs)
Magnetic effect Vsw/Wc
Détermination dune échelle pour les
transformations irréversibles dénergie.
Estimation de lépaisseur du choc
Electrostatic effect c/w pi
Bale et al, 2002
Mach number
Reconfiguration 3D du champ magnétique Comment
la reconnexion (et la dissipation) permet la
formation de structures 3D.
Paris 2005
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De quoi est fait la turbulence ?
Mise en évidence directe dune filamentation
dondes dAlfvèn. Lien avec des modèles bi-fluide
(Alexandrova et al, 2002 Laveder et al)
Spectre  turbulent  dominé par des modes
 linéaires  , Possibilité dinterprétation
dans le cadre de la turbulence faible (Sahraoui
et al., 2003).
Paris 2005
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Reconfiguration magnétique mise en évidence de
multiples aspects
Oscillations 104-5 km (MHD)
x
Reconnexion 10-100 km (Electron scale)
y
Aspect global 106 km
Flapping 103-4 km (Ions ?)

Identification des modes dynamiques dominants
Description de leur structure, sur 4-6 ordres
déchelles, de léchelle électronique à léchelle
globale.
Paris 2005
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Pour résumer Pour la première fois, nous
identifions et quantifions, de qq 100 km a qq
10000 km, les modes dynamiques des plasmas
naturels. Ceci, en lien étroit avec les
processus de dissipation et de conversion
dénergie. Une étape essentielle de létude de
ces milieux. Le multi-satellite est une
obligation
Dépend de la nature de lobjet considéré
Analyse CLUSTER
Processus généraux dans les plasmas spatiaux et
astrophysiques
Wk Energies des modes
Injection
une évolution complexe
Scale
Dissipation
Plasma sans collision à des échelles différentes
correspondent des processus et des équations
différentes
Paris 2005
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Les futures missions
Cluster une identification des principaux modes
aux échelles ioniques.
Thémis (2006). Un objectif les sous-orages et
une échelle globale
MMS (2013) une plongée vers les échelles de
dissipation électronique, un objectif la
reconnexion
Wk
Scale (k , w)
Coupling ?

Une logique qui reste celle de Cluster Une
échelle à un moment donné
Paris 2005
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Est-ce suffisant ? Un exemple de transfert entre
échelles
Current
2 traversées par Cluster
(2) Couche active Instabilité explosive
(1) Calme et situation stable
B
Instabilité magnétique liée à une évolution
radicale inter-échelle Transition rapide entre
une structure ionique à une structure
électronique. Un processus clef des
instabilités explosives ?
V
J (rot B)
Structure magnétique déterminée par la dynamique
électronique
structure ionique classique
Paris 2005
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Lidentification et la caractérisation des modes
dynamiques ne peuvent suffire Quels processus
énergétiques accompagnent la mise sous
contrainte dune couche de courant ? La
reconnexion magnétique est-elle la seule issue
possible ? Si oui, est-elle systématiquement
initiée aux échelles électroniques? Comment se
determine la topologie magnétique
post-reconnection ? Comment seffectue
laccélération, le chauffage, la génération
dondes ? Si non, quels peuvent être les
processus de dissipation aux échelles
intermédiaires ? La réponse dépend-elle de
lenvironnement global de la couche ? Quels sont
les rôles respectifs de la dynamique des ions,
des électrons, des effets fluides ? Dans un
choc, comment lorganisation microscopique du
champ électrique, liée à la dynamique
électronique, détermine les processus de
réflection, de transmission et de thermalisation
des ions ? Réciproquement comment la structure
électrostatique globale, liée à la dynamique
ionique, influence le mouvement électronique ?
Comment se fait la répartition énergétique
chauffage/accélération/ondes ? Quelle est la
spécificité des interactions discontinuités/chocs
? Quelles sont les processus qui régissent les
cascades non linéaires ? Quelles sont les
structures non linéaires créées ? Peut-on
quantifier les processus dinteraction en
turbulence faible ? Quelles sont les relations
entre turbulence et accélération ? Des questions
qui se ramènent à la même problématique -
Liens entre lorganisation macroscopique et les
processus microscopiqueset de leur effets sur
les transferts énergétiques (chauffage,
accélération, rayonnements) (des structures
multi-échelles aux transferts énergétiques) Lapp
roche multi-échelle devrait être la prochaine
étape.
Paris 2005
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CrossScale une hierarchie de configurations
satellitaires 3D. - 4 points (Cluster) -gt 1
échelle (50 km) - 7 points - gt 2 échelles
(300-1000 km) - 10 points -gt 3 échelles (5000
km) Orbite équatoriale ? Re x 25 Re Un bel
exercice comment concevoir une telle mission
(10-12 satellites) avec un lancement unique type
Soyouz, une répartition de payload qui permette
latteinte des objectifs, un maximum de
commonalité, un minimum dopérationEtre prêt
pour le prochain appel à mission ESA Idée dune
association avec SCOPE (JAXA) gt Collaboration
inter-agence
T3 (l3)
T1 (l1)
T2 (l2)
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CrossScale
Une mission qui sélabore dans le cadre dune
coopération Europe/Japon
Un groupe de réflexion W.Baumjohann, L.
Blomberg , R. Bruno, P. Canu, M. Fujimoto,
K.H.Glassmeier, T. Horbury, H.Koskinnen, P.
Louarn, R. Nakamura, T. Pulkinnen, A. Roux, C.
Owen, J.A Sauvaud, S. Schwartz, A. Vaivads
Un concept général partagé et globalement
défini. Reste à prouver la faisabilité, en
adéquation avec des objectifs ambitieux.
Paris 2005