Missions

La turbulence d'ondes offre la possibilité de comprendre en profondeur les systèmes physiques composés d'un ensemble d'ondes aléatoires interagissant de manière non linéaire. La raison en est, tout d'abord, la possibilité de dériver analytiquement un ensemble d'équations intégro-différentielles pour les cumulants spectraux - les équations dites cinétiques - qui sont exemptes du problème de fermeture classiquement rencontré en turbulence tourbillonnaire. Pour obtenir cette fermeture asymptotique naturelle, l'amplitude de l'onde est utilisée comme petit paramètre. Deuxièmement, des solutions exactes peuvent être trouvées à partir des équations cinétiques (spectres de Kolmogorov-Zakharov). Troisièmement, ces solutions exactes correspondent à des spectres en loi de puissance qui peuvent être comparés aux données. Le nombre d'expériences, d'observations et de diagnostics a considérablement augmenté au cours de ces deux dernières décennies, et aujourd'hui, grâce aussi aux simulations numériques directes, la turbulence d'ondes est devenue un domaine de pointe à partir duquel de nouvelles questions fondamentales ont été soulevées. Les applications vont des ondes de gravité à la surface des océans, aux ondes inertielles en hydrodynamique avec rotation, aux ondes d'Alfvén en physique des plasmas et aux ondes gravitationnelles en cosmologie.

La majeure partie de la matière visible dans l'univers (99%) est à l'état de plasma, où les ondes et la turbulence sont omniprésentes. À l'échelle la plus grande, on trouve l'onde d'Alfvén (A), qui est le mode fondamental de la magnétohydrodynamique (MHD) incompressible. Alors que ce mode est préservé en MHD compressible, deux autres modes émergent : le mode magnéto-acoustique rapide (F) et lent (S). Dans un plasma magnétique où la pression thermique est dominée par la pression magnétique, l'onde F peut avoir un fort impact sur la dynamique turbulente. En 2023 une théorie de la turbulence d'ondes F a été développée. Le candidat étudiera ce régime en utilisant des simulations numériques directes. L'objectif sera d'analyser comment le régime faible peut être atteint et quelle est la relation entre les ondes A, F et S (Tâche 1). Une collaboration internationale est envisagée dans le cadre de cette étude. D'un point de vue théorique, on tentera de simplifier autant que possible la théorie de la turbulence d'ondes F.

La modélisation du chauffage coronal dans les boucles magnétiques est un problème difficile en raison de la richesse de la physique qui comprend la stratification atmosphérique solaire, les conditions aux limites avec la convection photosphérique, les ondes et la turbulence. Le candidat étudiera cette question (tâche 2) dans l'approximation MHD Hall afin de modéliser les événements de chauffage produits à des échelles sous MHD. Dans ces simulations numériques, les ondes seront utilisées pour propager l'information le long du champ magnétique uniforme et la dissipation sera étudiée dans les plans transversaux. On s'attend à ce que les événements à petite échelle aient des statistiques différentes de celles des événements de chauffage MHD, car la dynamique turbulente est différente. Ce travail se concentre principalement sur les simulations numériques, les diagnostics et la comparaison avec les observations.

La turbulence d'ondes est un régime que l'on retrouve dans de nombreux systèmes différents, parfois avec de fortes similitudes. Par expérience, il est toujours intéressant d'établir des liens entre différents problèmes. Dans le cadre d'une éventuelle tâche 3, et en fonction de la formation du candidat, il peut être possible d'étudier des sujets connexes tels que la turbulence faite d'ondes gravitationnelles, d'ondes plasmas/impaires dans le milieu interstellaire et/ou le lien avec l'anomalie de dissipation.

Activités

Les activités incluent les aspects suivants:
- simulation numérique directe
- analyse des données numériques
- publication de résultats scientifiques

Compétences

- doctorat en physique des plasmas, astrophysique ou mécanique des fluides
- publications dans des revues à comité de lecture
- expérience de programmation en python et analyse de données
- goût pour la physique théorique
- bonne connaissance de l'anglais parlé, écrit

Contexte de travail

La laboratoire de physique des plasmas est une unité de recherche du CNRS (environ 115 personnes), implantée en partie sur le site de l'École polytechnique au sud de Paris (accessible par le métro et le RER B) où se fera le travail. Il comprend trois équipes spécialisées en plasmas de fusion, plasmas froids et plasmas spatiaux. Le/la candidat(e) sélectionné(e) rejoindra l'équipe plasmas spatiaux.

Contraintes et risques

Néant.