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Notion de plasma - Mouvement dune particule chargée dans un champ magnétique.

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1 Notion de plasma - Mouvement dune particule chargée dans un champ magnétique

2 Gaz ionisé et plasma État de Plasma T PLASMA Ionisation ETAT Dissociation GAZEUX Évaporation ETAT LIQUIDE Fusion ETAT SOLIDE 273K 373K 10 4 – 10 5 K Exemple de leau: Énergie dionisation: H H + + e - : 13,6eV O O + + e - : 12,5eV Énergie de fusion: 0.06eV/molécule Énergie dévaporation: 0.42 eV/molécule 0-100°C : 0.08eV/molécule Énergie de dissociation ~ 5eV

3 Particule chargée dans un champ EM Cône de perte Dans une bouteille magnétique, la condition pour quune particule située à un endroit où règne B 0 atteigne la zone B max est: Si la particule est réfléchie avant ou à la zone B max Si la particule franchie la zone de B max cône de perte

4 Mouvement dune particule chargée dans la magnétosphère Giration autour dune ligne de champ Rebond entre 2 miroirs magnétiques Dérive azimuthale perp. à B

5 Trajectoire les particules chargées dans la magnétosphère

6 La magnétosphère

7 Le champ magnétique terrestre: composante fixe (ou presque) Champ magnétique terrestre Origine: Mouvement de convection dans le noyau conducteur. Mais pas entièrement résolu, surtout sa dynamique. Configuration: dipôle magnétique de moment Tm 3, incliné par rapport au pôles de 11,5° et excentré de 460km, orienté vers le sud. Perturbations par rapport au dipôle: Eurasie et Atlantique au large côtes Afrique.

8 Évolution du champ géomagnétique

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10 Cavité magnétosphérique La Terre et son champ magnétique constituent un obstacle à lécoulement du vent solaire. Cet écoulement est dévié et la région dans laquelle le champ géomagnétique domine forme une cavité: la magnétosphère. Simulation montrant la densité dans lenvironnement terrestre

11 Régions magnétosphériques

12 Choc détrave et magnétogaine (bow shock) (magnetosheath) Limite entre lécoulement supersonique du vent solaire et lécoulement subsonique de la magnétogaine (région entre le choc et la magnétopause). De lordre de 100 à 1000 km dépaisseur. Conservation du flux de particules à travers le choc: compression du plasma On montre de même que lénergie des particules et lamplitude du champ magnétique augmentent à travers le choc.

13 Couches limites 1. Magnétopause Couche limite entre le plasma de la magnétogaine et la magnétosphère où domine le champ géomagnétique. Cest une zone très importante puisque elle est le siège de tous les couplages et échanges entre le vent solaire et lenvironnement terrestre. Quand les ions (positifs) et les électrons « voient » le champ magnétique terrestre, ils subissent une séparation de charge courant de Chapman- Ferraro (~MA) Lépaisseur de la magnétopause est en gros déterminée par le rayon de giration des ions (quelques 100 de km).

14 Magnétopause

15 Magnétosphère interne 1. Plasmasphère

16 Magnétosphère interne 2. Ceintures de radiation (radiation belt) Découvertes par Van Allen Deux ceintures, une interne vers 1R T et lautre externe vers 3-6 R T Zones assez denses de particules ionisées de hautes énergie. Plusieurs modes de création: Interne: Rayon cosmiques hautes énergies (10 à 100 MeV) Orages ou sous orages magnétiques Externe: anneau de stockage de particules du feuillet.

17 Courants magnétosphériques

18 Courants magnétosphériques fermeture dans lionosphère

19 Couplages vent solaire-magnétosphère Un partie des particules magnétosphériques proviennent de lionosphère mais aussi du vent solaire. Lactivité solaire influe sur lactivité géomagnétique. Couplage entre le vent solaire, la magnétosphère et lionosphère. Transfert de masse reconnexion, diffusion, pénétration impulsive. Transfert d énergie par les champs, les ondes.

20 Magnétohydrodynamique (MHD) Notion de gel du plasma dans B En MHD dite idéale: - Le flux magnétique à travers un contour donné lié au plasma est constant. - Un élément fluide qui est sur une ligne de champ reste lié à cette ligne de champ. Le vent solaire ne peut donc pas pénétrer dans la magnétosphère!

21 Reconnexion magnétique La reconnexion magnétique est un processus fondamental dans un plasma qui: Modifie la topologie magnétique. Convertit lénergie magnétique en énergie cinétique. Accélère les particules.

22 Reconnexion magnétique

23 Couplage VS-M-I Reconnexion magnétique

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25 Lovale auroral Effet miroir peu efficace pour les électrons pénètrent dans latmosphère précipitation. Cela forme deux ovales au N et au S, image des lignes L=4 à L=10 (Entre 65° et 75° de lat)

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27 Et sur les autres planètes?

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31 Magnétosphères stellaires


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