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Catégorie : Soutenances de thèse et de HDR

Vendredi 12 février 2021 : Soutenance de Homam BETAR : Effets Cinétiques en Reconnexion Magnétique

Homam BETAR Doctorant au sein de l'équipe "Physique des plasmas chauds" de l'Institut Jean Lamour, soutient sa thèse intitulée :

"Effets Cinétiques en Reconnexion Magnétique"

 

Date :
Vendredi 12 février 2021  à 14h00
Institut Jean Lamour

En raison des conditions sanitaires actuelles, la soutenance se déroulera en visio .

 

Composition du jury :

Directeur de thèse :

- M. Alain GHIZZO
Professeur, Institut Jean Lamour, Université de Lorraine, Nancy

Co-directeur de thèse :

- M. Daniele Del Sarto
Maitre de conférence, Institut Jean Lamour, Université de Lorraine, Nancy

Rapporteurs :

- M. Jean-Marcel RAX
Professeur, ENSTA - Paris

- M. Olivier AGULLO
Maitre de conférence - HDR, Aix-Marseille Université

Examinatrices :

- Mme. Caterina RICONDA
Professeur, Université Paris 6 - Paris

- Mme. Chiara MARCHETTO
Chargée De Recherche, Politecnico di Torino

Invité :

- M. Maurizio OTTAVIANI
Senior scientist at European commission IRFM (CEA), CEA - Cadarache

 

Résumé :
Les plasmas sont des systèmes gazeux d'ions et d'électrons qui interagissent avec les champs électromagnétiques et affichent des propriétés collectives. Parmi ceux-ci, il y a la notion de "connexion" de lignes magnétiques.
Ceci exprime le fait que, dans des régimes dans lesquels les particules chargées s'enroulent suffisamment vite le long des lignes d'induction magnétique, ces dernières sont liées au mouvement du plasma massif et acquièrent une identité topologique qui leur interdit de se rompre, se croiser et se reconnecter. Cette identité topologique peut cependant être localement violée grâce à un certain nombre d'effets cinétiques, comme les collisions entre les particules, lorsque les courants dans le plasma sont suffisamment intenses: on parle de “reconnexion magnétique”.
La reconnexion magnétique est un ingrédient important de l'auto-organisation du plasma et a une importance pour les plasmas spatiaux et de laboratoire, car elle est à la base de phénomènes naturels comme les éruptions solaires et les aurores polaires, ou de processus disruptifs dans les expériences de fusion thermonucléaire. Un problème de longue date dans l'étude des plasmas de laboratoire et astrophysiques est de comprendre les mécanismes d'accélération des électrons et des ions, lorsque  un champ magnétique se reconnecte et libère de l'énergie.
Dans ce travail, nous avons étudié les effets cinétiques sur les instabilités de reconnexion se développant spontanément dans les nappes de courant statique (modes de déchirement) et en combinaison avec une classe d'instabilités cinétiques (instabilités de Weibel) qui sont pertinentes à la fois pour les jets de plasma astrophysiques et pour les expériences d'interaction laser-plasma. Nous avons effectué cette étude en utilisant des modèles fluides réduits et cinétiques, et nous avons étudié la concurrence entre les modes de type déchirement et les instabilités de type Weibel au moyen de simulations cinétiques complètes avec codes semi-lagrangiennes Vlasov-Maxwell et de type “Particle-In-Cell“.



Abstract :
Kinetic Effects in Magnetic Reconnection
Plasmas are gaseous systems of ions and electrons which interact via electromagnetic fields and display collective properties. Among these, is the notion of the magnetic line  "connection". This expresses the fact that, in regimes in which charged particles spiral sufficiently fast along lines of magnetic induction, the latter is linked to the bulk plasma motion and acquire a topological identity which forbids them to break, intersect and reconnect. This topological identity, however, can be locally violated thanks to a number of kinetic effects, such as particle collisions, when the currents in the plasma are sufficiently intense: one speaks of "magnetic reconnection".
Magnetic reconnection is an important ingredient of the plasma self-organization and has significance for both space and laboratory plasmas since it is at the basis of natural phenomena like solar flares and polar lights, or of disruptive processes in thermonuclear fusion experiments. A long-standing problem in the study of laboratory and astrophysical plasmas is to understand the mechanisms of acceleration of electrons and ions, as a magnetic field reconnect and release energy.
In this work, we studied kinetic effects on reconnection instabilities developing spontaneously in static current sheets (tearing modes) and in combination with a class of kinetic instabilities (Weibel instabilities) that are relevant both to astrophysical plasma jets and to laser-plasma interaction experiments. We performed this study using reduced-fluid and kinetic models and we investigated the competition between tearing-type modes and Weibel-type instabilities by means of both semi-lagrangian full kinetic Vlasov-Maxwell simulations and particles in cell simulations.
Keywords : Plasma physics, fusion, magnetic reconnection, tearing modes, Weibel-type instabilities, semi-lagrangian, particles in cell (PIC).