VIDÉO N°1 - J-M. Malherbe, LESIA

The dynamics of the solar granulation and the formation of the super-granulation scale

This movie presents a possible explanation of the formation of supergranules, the nature of which is debated since many decades :

• Granules (size 1’’, lifetime 10 mn) are convective cells organized in dynamic families which form from exploding granules and correspond to the meso-granulation (10’’)
• Horizontal flows (< 1 km/s) at the meso-scale transport magnetic fields to form the supergranules (size 30’’)
• Supergranules (lifetime: days) are composed of several families of granules (lifetime: hours) in competition

In this view, the meso-granulation is a dynamic pseudo-scale generated by explosive granules and the supergranulation is the consequence of competitive horizontal flows at the meso-scale which transport magnetic fields outwards to form the chromospheric network. However, the typical sizes of the meso and super granulation remain unexplained.

Data: Solar Optical Telescope (SOT), Hinode, JAXA/NASA/ESA, 29 August 2007, disk centre

Broad Band Imager (BFI) and Narrow Band Imager (NFI)

50.2 s cadence, 24 hours sequence, acceleration factor of the movie = 1000

0.11’’/pixel = 80 km/pixel, field of view 59’’ x 61’’ = 43000 km x 44000 km

1. G band (CH molecule, 4305 Å, FWHM 10 Å) filtered from 5 minutes oscillations showing bright points as the signature of unresolved magnetic flux tubes.
2. Blue continuum (4506 Å, FWHM 10 Å) filtered from 5 minutes oscillations.
3. Trees or families of fragmenting granules in the blue continuum derived from image segmentation. The artificial colour represents families of granules issued from the same “father” exploding granule. While the lifetime of granules is short (10 minutes), families develop over several hours and form the meso-granular scale (10’’ typical size).
4. Module of the large scale (3.5’’) horizontal velocity field (Vx, Vy) derived from the Local Correlation Tracking algorithm in the blue continuum, over spatial and temporal windows of respectively 3.5’’ and 30 minutes, together with the vertical magnetic field (Stokes V in FeI 6302.5 Å). The magnetic field (blue/red) concentrates at the boundaries of supergranules (30’’ typical size, lifetime: days).
5. Corks (crosses) and magnetic fields (blue/red). At t = 0, corks are uniformly distributed. They move freely with the horizontal velocity (Vx, Vy) and show that the flow transports the magnetic fields towards the boundaries of supergranules.
6. = (c) and (d) superimposed (isocontours = magnetic field)

Crédits :  Th. Roudier, J.-M. Malherbe, Z. Franck, M. Rieutord, 2016, A&A, 590, 121. Observatoire Midi Pyrénées, Observatoire de Paris, Lockheed Martin Solar Astrophysics Laboratory

The dynamics of the solar granulation and the formation of the super-granulation scale

VIDÉO N°2 - Amélie Jarnac, ONERA

Déconfinement en quatre temps

Lors d'un foudroiement, un matériau subit de fortes contraintes thermomécaniques. Afin de remonter aux conditions de température et de pression, l'échantillon est percé de quatre petits trous qui laissent échapper le plasma en face arrière. Le plasma et l'onde de choc sont alors mis en évidence par strioscopie et la vitesse du choc peut être mesurée par imagerie rapide.

During a lightning strike, a material undergoes large thermomechanical stresses. In order to determine the temperature and pressure conditions, the sample is drilled and four pinholes let the plasma escape on the back side. The plasma and the shock wave are then observed by schlieren and the shock speed can be measured by high speed imaging.

Crédits : Amélie Jarnac, Ingénieure-chercheure, Onera (DPHY) 

Déconfinement en quatre temps

VIDÉO N°3 - Federico Boni, ONERA

Allumage du propulseur plasma ECR

La vidéo capture l'allumage du propulseur plasma ECR (Electron Cyclotron Resonance) en conditions de vide poussé (10^-6 mbar). Le propulseur est alimenté en xénon (à 0.9 mg/s à l'allumage et ensuite à 0.1 mg/s après environ 30 secondes). Le plasma est produit par absorption résonante micro-onde des électrons. Les électrons et les ions sont accélérés dans la tuyère magnétique du propulseur, produisant ainsi la poussée. En bas à droite (courbe en bleu) on peut observer l'évolution en temps réel de la densité électronique (en cm^-3) du plasma éjecté par le propulseur. Le propulseur montré est développé à l'ONERA de Palaiseau depuis 2010. La densité électronique est mesurée grâce à une sonde de type "curling probe" placée à 15 cm du propulseur. Le diagnostic curling probe (une sonde résonante micro-onde) est développé à l'ONERA dans le cadre du projet de thèse du candidat.

This film captures the ignition of the ECR plasma thruster (Electron Cyclotron Resonance) at high vacuum conditions (10^-6 mbar). The thruster is fed with Xenon at 0.9 mg/s during the first 30 seconds and then the flowrate is lowered at 0.1 mg/s. The thruster is based on the resonant absorption of microwaves by electrons to produce the plasma and on the acceleration of electrons and ions in a magnetic nozzle. The blue solid curve in the bottom right of the videoclip shows the real time evolution of electron density (in cm^-3) of the thruster ejected plasma. The tested thruster is being developed at ONERA Palaiseau since 2010. The electron density is measured with a "curling probe" fixed at 15 cm from the thruster exit section. The curling probe diagnostic (a microwave resonant probe) is developed at ONERA within the candidate's PhD project.

Crédits : Federico Boni (doctorant, FPA/DPHY ONERA Palaiseau)

Allumage du propulseur plasma ECR

VIDÉO N°4 - Vincent Andraud, ONERA

Arc balayé

La vidéo nommée "arc-balayé" représente expérimentalement le phénomène de balayage par une souffleuse à feuille d'un arc électrique de 400 A entre une barre de tungstène horizontale (en haut) et une plaque d'aluminium (en bas) espacées de 10 cm. l'écoulement à la sortie de la souffleuse (située à droite) est de 60 m/s et chute à 25 m/s après 10 cm. Cet écoulement souffle l'arc qui parcourt ainsi les 50 cm de longueur de barre de tungstène et de la plaque en 20 ms. Le mouvement du pied d'arc anodique sur la plaque d'aluminium est à la fois continu et par sauts - dans ce dernier cas, on parle de reclaquage. Ce dispositif sert à simuler expérimentalement le balayage de l'arc électrique lors d'un foudroiement d'aéronef.

The video called "arc-balayé" or "swept-arc" experimentally represents the phenomenon of sweeping strokes by a sheet blower of an electric arc of 400 A between a horizontal tungsten rod (top) and an aluminium plate (bottom) spaced 10 cm apart. The flow at the muzzle of the blower (located on the right) is 60 m/s and drops to 25 m/s after 10 cm. This flow blows the arc which thus traverses the 50 cm length of the tungsten rod within 20 ms. The displacement of the anodic arc foot on the aluminum plate is both continuous and by leaps and bounds - in the latter case, it is referred to as restrike. This experience simulates the sweeping of an electric arc during in an aircraft lightning strike.

Crédits : Vincent Andraud (Doctorant en thèse à l'ONERA dans le département DPHY équipe FPA).

Arc balayé

VIDÉO N°5 - Vincent Andraud, ONERA

Arc étiré

La vidéo nommée "arc-étiré" représente expérimentalement le phénomène de balayage par une souffleuse à feuille d'un arc électrique de 400 A entre une barre de tungstène horizontale (en haut) et une plaque d'aluminium recouverte par une couche de peinture de 300 µm (en bas) espacées de 10 cm. l'écoulement à la sortie de la souffleuse (située à droite) est de 60 m/s et chute à 25 m/s après 10 cm. Cet écoulement souffle l'arc qui s'étire ainsi sur les 50 cm de longueur de barre de tungstène : le pied cathodique en haut est mobile alors que le pied d'arc anodique sur la couche de peinture reste fixe car la peinture agit comme un diélectrique. Au bout de 25 ms, le pied d'arc anodique reclaque à 40 cm du pied d'arc initial. Ce dispositif sert à simuler expérimentalement le balayage de l'arc électrique lors d'un foudroiement d'aéronef.

The video called " arc étiré" or "stretched arc" experimentally represents the phenomenon of sweeping by a sheet blower of an electric arc of 400 A between a horizontal tungsten bar (top) and an aluminum plate covered by a 300 µm layer of paint (bottom) spaced 10 cm apart. the flow at the muzzle of the blower (located on the right) is 60 m/s and drops to 25 m/s after 10 cm. This flow blows the arc which thus stretches over the 50 cm length of the tungsten bar: the cathodic arc foot at the top is mobile while the anodic arc foot on the paint layer remains fixed because the paint acts as a dielectric. After 25 ms, the anodic arc foot restrikes 40 cm from the initial arc foot. This device is used to experimentally simulate the sweeping of the electric arc during an aircraft lightning strike with paint cover.

Crédits : Vincent Andraud (Doctorant en thèse à l'ONERA dans le département DPHY équipe FPA).

Arc étiré

VIDÉO N°6 - Mickaël Grech, LULI pour Smilei-dev team

Laser wakefield acceleration of electrons

This Particle-In-Cell simulation of laser wakefield acceleration of electron was performed using the quasi-cylindrical (azimuthal mode decomposition) mode in Smilei. The laser (in red) propagates through a low density plasma and drives a nonlinear Langmuir wave (in blue) that propagates at a velocity close to that of light in its wake. In this simulation, a moving window is used so we can follow the laser as it propagates through the plasma. We see electrons being self-injected in this wakefield where they see a strong electric field that accelerate them up to ultra-relativistic (GeV) energy level.

Credits : Smilei-dev team (A. Beck*, M. Lobet**, F. Massimo** & I. Zemzemi*), *Laboratoire Leprince Ringuet, **Maison de la Simulation.

Laser wakefield acceleration of electrons

VIDÉO N°7 - Mickaël Grech, LULI

Kinetic simulation of the bump-on-tail instability

The bump-on-tail instability is a very important instability in plasma physics. It plays a crucial role in various plasma environments, from laser-plasma interaction to space plasma physics. Often thought as the inverse of Landau damping, it is also a textbook example for many - if not all - lectures on the kinetic theory of plasmas. This video shows the distribution in (position-momentum) phase-space of electrons as the bump-on-tail instability develops. The instability is triggered by the presence of a beam (in pink) of electrons with very small density and a small (here positive) velocity with respect to the background electrons (in green). This video features the early/linear and late/nonlinear stages of the instability. It is the result of a 1D Particle-In-Cell simulation with Smilei that is presented as an exercise for the numerical practicals taught at the M2 Physique des Plasmas et de la Fusion.

Credits : Mickael Grech, Anna Grassi, Caterina Riconda & Tommaso Vinci, Laboratoire d’Utilisation des Lasers Intenses (LULI).

Kinetic simulation of the bump-on-tail instability

VIDÉO N°8 - Basile Wurmser, LCPMR

Déconfinement par l’ionisation

Propagation de la densité de probabilité d’un électron suite à l'ionisation de la molécule modèle de cyclobutadiène (C4H4) par un rayonnement UV.

Credits: Basile Wurmser, LCPMR

Déconfinement par l’ionisation

VIDÉO N°9 - Yanis Adjez, LISE

Jet de plasma à pression atmosphérique (APPJ) - 1

Vidéo réalisée par Yanis Adjez, étudiant en Master 2 Ingénierie Chimique à Sorbonne université, en stage au LISE. Vidéo explicative du principe de fonctionnement d'un jet de plasma à pression atmosphérique (APPJ) en utilisant l'air comprimé comme gaz plasmagène (gaz d'ionisation)." Dans le cadre de mon stage M2 au sein du laboratoire LISE-SU, j'utilise ce procédé Plasma afin de pré-traiter et déposer des couches minces de nanoparticules sur des substrats métalliques, en l'occurrence des alliages d'aluminium, pour des applications anti-corrosion. Ce procédé Plasma a l'avantage d'être peu coûteux, relativement simple et sûr (l'air et l'alimentation électrique sont seulement nécessaires pour le traitement par plasma sous pression normale), mais surtout respectueuse de l'environnement. En effet, cette technologie permet le pré-traitement sans l'utilisation de solvants ou COV. En comparaison avec les méthodes électrochimiques conventionnelles, telles que la galvanisation, la chimie humide n'est pas nécessaire.

Credits: Yanis Adjez, LISE

Jet de plasma à pression atmosphérique (APPJ) - 1

VIDÉO N°10 - Yanis Adjez, LISE

Jet de plasma à pression atmosphérique (APPJ) - 2

Clichés d'un jet de plasma à pression atmosphérique, avec comme gaz d'ionisation (gaz plasmagène) l'air et l'azote avec différentes buses d'injection. À gauche, photo d'une goutte d'eau déposée sur la surface d'un alliage (aluminium 6060) revêtu d'un plasma-polymère HMDSO. Et à droite, une autre goutte d'eau étalée sur la surface de ce même substrat non traité.

Credits: Yanis Adjez, LISE

Jet de plasma à pression atmosphérique (APPJ) - 2