Atelier PNST – Autrans 2004 La Turbulence UBF dans la Magnétogaine Spectres Spatiaux : Résultats & Implications Fouad Sahraoui 1, G. Belmont 1, L. Rezeau.

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1 Atelier PNST – Autrans 2004 La Turbulence UBF dans la Magnétogaine Spectres Spatiaux : Résultats & Implications Fouad Sahraoui 1, G. Belmont 1, L. Rezeau 1, J. L. Pinçon 2, N. Cornilleau-Wehrlin 1, A. Balogh 3 1 CETP, Vélizy 2 LPCE, Orléans 3 Imperial College, Londre

2 Atelier PNST – Autrans 2004 Pourquoi étudier la turbulence dans la magnétogaine? Mais aussi ~10 4 km ~10 km Milieu non collisionnel  Rôle de la turbulence dans les différents processus fondamentaux: Transport, dissipation, … Reconnexion (?): via la création de petites échelles par cascade (de L~10 4 km à l~10 km  “driving”)

3 Atelier PNST – Autrans 2004 La turbulence UBF dans la magnétogaine Ce qu’il faut faire: Déterminer le spectre spatial en k pour chaque fréquence f sc  séparer l’effet Doppler de la Turbulence. Déterminer sa nature : Compressible? Anisotrope? Faible ou Forte? … Déterminer les lois d’échelles spatiales (intégrées en fréquences) ? Spectre en loi de puissance (de type Kolmogorov k –   …  ) Données Cluster-FGM [0,10]Hz (18-02-2002) B 2 ~ f sc -7/3

4 Atelier PNST – Autrans 2004  Les données Cluster et le k-filtering k1k1 k2k2 k3k3 kjkj ~100 km Limitation de la gamme de fréquences accessibles à l’analyse (f sc  3 Hz) FGM (18-02-2002; 5h34)

5 Atelier PNST – Autrans 2004 Identification du processus d’injection  Miroir : f sat ~ 0.3f ci ; f plasma ~ 0 ; k o  ~0. 3; (k o,B o ) = 81° f 0 = 0.11Hz f ci= 0.33Hz  instabilité Théorie cinétique  instabilité si Mesures: k(  max ) k o  ~0.3~ k(  max ) L’injection de l’énergie du spectre se fait via une instabilité Miroir bien décrite par la théorie linéaire (Sahraoui et al., 2004).

6 Atelier PNST – Autrans 2004 f ci ~0.33Hz Etude des hautes fréquences du spectre Miroir : f 1 ~ f ci ; f plasma ~ 0 k 1 ~ 3k o ; (k 1,B o ) = 82° f 1 =0.37Hzf o =0.11Hz Miroir : f o = 0.11Hz ; f plasma ~ 0 k o  ~0.3~ k(  max ); (k o,B o ) = 81° Miroir: f 2 ~ 4 f ci ; f plasma ~ 0 k 2 ~ 10k o ; (k 2,B o ) = 86° f 2 = 1.32Hz Observation des structures Miroir sur une large gamme de fréquences dans le repère du satellite, mais avec une fréquence nulle dans le repère du plasma.

7 Atelier PNST – Autrans 2004 Premier spectre spatial 3D Distribution 3D anisotrope de l’énergie des structures miroir au voisinage de la magnétopause (le long de la normale n, du flot v, et du champ statique B o ) BoBo nv ( v,n) ~ 100° (v,B o,) ~ 110° (n,B o ) ~ 80° v n  BoBo

8 Atelier PNST – Autrans 2004 Nouvelle loi d’échelle de la turbulence UBF compressible Une double intégration:et  Une cascade ~1D de type fluide de l’énergie des structures miroir le long du flot v : B 2 ~k v -8/3 L s ~100 kmL i ~2000 km Signature temporelle en f sc -7/3 dans le repère du satellite de la cascade 1D en k v -8/3 (Sahraoui et al., Phys. Rev. Lett., 2005)

9 Atelier PNST – Autrans 2004 Conclusions & Perspectives 1.Turbulence: nouveaux aspects mis en évidence: Compressibilité & fortes anisotropies (B o,n,v) Rôle des gradients large échelle ~10 4 km (i.e. la normale n). Nouvelle loi d’échelle ~ 1D en k –8/3 (pas prédite pas aucune théorie!) Aspects cinétiques (injection d’énergie)+ cascade « fluide »  Intérêt des codes semi-fluide pour étudier la nouvelle turbulence (  présentation de Thierry Passot) 2.Reconnexion (~10km): cascade de l’énergie des grandes échelles (~2000 km) vers les petites échelles (~100 km)  Rôle potentiel de la turbulence UBF dans le « driving » de la reconnexion (en cours  ISSI, Bern) 3.Missions multi-satellites futures (  O. Lecontel & P. Louarn) nécessité d’explorer les petites échelles (~10 km) (reconnexion, dissipation …)  La mission MMS (2013) Mais aussi les grandes échelles (~10 4 )  La mission CrossScale (2020!)