• Laboratoires impliqués ¹ : LPP, LERMA, LESIA, LULI, INSP, LATMOS, IAP
• Nombre de chercheurs impliqués ² : environ 70
• Publications dans le domaine (2012-2018) : plus de 600

La « turbulence » omniprésente dans les plasmas spatiaux ou de fusion, joue un rôle prédominant dans le transport de l'énergie comme dans celui des particules à haute énergie (par exemple les rayons cosmiques). Il existe cependant d’autres mécanismes de transport dans les plasmas, comme le transfert radiatif - non-turbulent -, le transport de particules chargées et le dépôt d’énergie en milieu « ambiant » (par exemple le pouvoir d’arrêt des ions décrit dans le projet FISIC - Fast Ion-Slow Ion Collisions - porté par l’INSP).

La notion même de turbulence recouvre une large gamme de notions et de questions physiques selon les conditions du milieu. Les échelles caractéristiques associées à ces différents phénomènes sont extraordinairement diverses : on s'intéresse à la turbulence depuis les échelles macroscopiques (MHD décrites par la magnétohydrodynamique), qui s'étendent sur la taille de notre Galaxie dans le cas des rayons cosmiques, jusqu'aux échelles microscopiques auxquelles la cinétique des particules doit être traitée classiquement, voire quantiquement. De façon similaire le transport de particules et d'énergie dans le plasma admet des descriptions à des échelles très différentes, lié à des coefficients de transport macroscopique, jusqu'à l'analyse microscopique des instabilités ayant une influence sur les transports, ou l'étude des sections efficaces de l'interaction particule-champ.

D’une part, il est possible d’accéder aujourd’hui à de nouvelles observations produites par les missions spatiales (MMS en cours d’exploitation, Solar Orbiter, BepiColombo dont les données seront accessibles prochainement, et peut-être Debye). Celles-ci mettent en évidence de nouvelles échelles spatiales microscopiques et permettent de mieux comprendre le processus de dissipation des plasmas non-collisionnels. Les chercheurs pourront ainsi mieux cerner ce qui contrôle la dissipation : protons, électrons, ions lourds ? L’accès à ce type de données expérimentales pourra alors être comparé aux codes PIC, Vlasov, hybride/fluide et permettra dès lors de mieux comprendre où l’énergie est ensuite transférée.

D’autre part, les expériences d’astrophysique de laboratoire permettront de tester plusieurs hypothèses relatives aux plasmas spatiaux qui existaient déjà en partie dans le projet scientifique du Labex PLAS@PAR et qui ont pris de l’ampleur.

¹ Le nombre de chercheur donné ici peut impliquer des personnels travaillant sur plusieurs autres thèmes, tout comme les publications peuvent parfois relever de plusieurs thèmes.

² Uniquement les revues à comité de lecture.

Quelques grandes questions ouvertes sont ici rappelées :

Quels sont les processus de saturation de la turbulence aux méso-échelles, qui ne sont donc bien décrits ni du point de vue macroscopique ni du point de vue microscopique ? Ce problème a des applications autant pour la fusion que pour les plasmas spatiaux.
Comment traiter les processus de dissipation où les longueurs et les temps typiques varient de plusieurs ordres de grandeur avec une modélisation multi-échelle ?

Il s’agit là de questions très générales (essentiellement méthodologiques), aux applications fortes dans de nombreux domaines en particulier pour la fusion ou les plasmas spatiaux. Elles nécessitent des investigations théoriques, des simulations et des expériences incluant des diagnostics telles que des techniques d’analyse spectrale.

Ce premier thème montre qu’une synergie entre étude de la fusion et des plasmas spatiaux se dessine. Par ailleurs, ce thème pourrait aussi s’appliquer à la modélisation des magnétosphères planétaires, permettant ainsi de mieux comprendre les émissions radio et, en conséquence, d’identifier des exo-planètes. Enfin, le transport des radiations et leur transfert dans un fluide constituent des champs d’intérêt pour la formation stellaire, la fusion, et l’interaction laser-plasma.

Illustration : mission spatiale BepiColombo lancée en octobre 2018 à laquelle le LESIA, Le LPP et le LATMOS ont contribué via le développement d’instruments pour les sondes MPO et MMO. © ESA