Le modèle IPIM Ionosphere Plasmasphere IRAP Model

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1 Le modèle IPIM Ionosphere Plasmasphere IRAP Model
Pierre-Louis BLELLY et Aurélie Marchaudon Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

2 Plan L’approche fluide La géométrie Les couplages Le modèle IPIM
L’adaptation Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

3 Principe de l’approche fluide
Équation de base : Écrite pour chaque espèce où représente les processus locaux Réactions chimiques Collisions élastiques Mécanismes inélastiques : chauffage, refroidissement,… Approche régressive Paramètres macroscopiques pour chaque espèce Moments de la fonction de distribution f Inconvénient : système d’équation non fermé Il faut fermer le système Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

4 Approche multimoments
Hypothèse f est proche d’un équilibre thermodynamique f est développée autour de cet équilibre en fonction des moments fermeture mathématique du système d’équation Les moments d’ordres supérieurs dépendent des moments d’ordres inférieurs Impact pas d’hypothèse de régime collisionnel / non collisionel Approche directe des mécanismes physiques de base Les équations d’états sont une conséquence Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

5 Le modèle IPIM Module fluide Module cinétique dépendant du temps
1D le long de ligne de champ Approche 16 moments Multi espèces : N2+ O2+ NO+ O+ N+ H+ He+ Équations en coordonnées curvilignes Prise en compte de la convection Description mixte eulérienne lagrangienne Module cinétique Transport des électrons indépendant du temps Résolution le long de la ligne de champ Transfert radiatif variables (E,µ,s) Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

6 La géométrie Courbures Effets de divergence Accélérations induites
Ligne de champ Ligne de convection Effets de divergence Variation de volume Miroir magnétique Accélérations induites Référentiel tournant Inertie (corotation) transport aligné Convection Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

7 Les couplages Þ Concentrations et températures des thermiques
Modèles externes Couplage sens unique Atmosphère neutre Modèle MSIS-00 Électrodynamique Modèle Schulz Stagnataion L = 6 Géométrie Modèle dipolaire tilt ~ 11° excentré ~ 400 km Modules internes Couplage bi-directionnel fluide-cinétique Þ Concentrations et températures des thermiques Ü Productions des ions et chauffage des électrons Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

8 Synopsis du modèle IPIM
Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

9 Capacités du modèle Grande dynamique Temporelle spatiale
Pas de temps ~ 1s Suivi sur plusieurs jours spatiale L = 6 Þ z = km En concentration ~ 20 ordres de grandeur Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

10 Le miroir magnétique Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

11 Contribution des forces d’inertie
Trois équilibres À basse altitude Pression plasma et gravité À haute altitude Pression et accélération inertie Dans la région de transition Miroir magnétique et gravité Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

12 Effet du tilt Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

13 Adaptation aux planètes géantes
Modules externes : plugs-in Atmosphère paramètres pris en compte concentration, température, vitesse,… Aucun impact espèces prises en compte Chimie Collisions Électrodynamique Modèle de potentiel Peu d’impact Paramètres fournis (précipitation, courant,…) Géométrie Modèle de champ magnétique Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

14 Adaptation aux planètes géantes
Modules internes Module cinétique espèces prises en compte Nombre d’espèces Sections efficaces : photoionisation et collisions Espèces produites Équation de transport Aucun impact Module fluide Espèces prises en compte Nombre d’ions et nature (masse, charge) Chimie Collisions Équations de transport Format de sortie Format IPIM auto-ajustable Outils de visualisation matlab Format CDF optionnel AMDA Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015

15 Charge de travail Expérience du projet IONOS Module cinétique
Prototypage d’un format planète indépendant Espèces prises en compte chimie À faire Adaptation et intégration dans le module fluide Module cinétique En réécriture Certains aspects « planète indépendante » intégrés Dépendant du module fluide Investissement 3 à 6 mois Fichier espèces Fichier réactions 1 N2^+ 1 O2^+ 0 NO^+ 0 O^+ 0 H^+ 0 N^+ 0 O^- 0 O2^- 0 O3^- 0 O4^- 1 NO 3 NOx NO3 NO4 0 N[2D] -1 N2 -1 O2 -1 O -1 H -1 N -1 e Réactions prises en compte N NO > N O N O > NO O N2^+ + e > N N[2D] N2^+ + NO > NO^ N2 N2^+ + O > NO^ N[2D] N2^+ + O > O^ N2 N2^+ + O > O2^ N2 NO O + M -> NO M O2^+ + e > O O O2^+ + N > NO^ O O2^+ + N > NO^ NO O2^+ + N2 + M -> O2^+(N2) + M O2^+ + NO > NO^ O2 O2^+ + O2 + M -> O4^ M Workshop Juno-Juice 13 octobre 2015