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Notion de plasma-
Mouvement d’une particule chargée dans un champ
magnétique
Gaz ionisé et plasmaÉtat de Plasma
T
PLASMA
Ionisation
ETAT Dissociation
GAZEUX
Évaporation
ETAT LIQUIDE
Fusion
ETAT SOLIDE
273K
373K
104 – 105 K
Exemple de l’eau:
Énergie d’ionisation: H → H+ + e- : 13,6eV
O → O+ + e- : 12,5eV
Énergie de fusion: 0.06eV/molécule
Énergie d’évaporation: 0.42 eV/molécule
0-100°C : 0.08eV/molécule
Énergie de dissociation ~ 5eV
Particule chargée dans un champ EMCône de perte
max
00
2sinB
B
0
Dans une bouteille magnétique, la condition pour qu’une particule située à un endroit où règne B0 atteigne la zone Bmax est:
Si la particule est réfléchie avant ou à la zone Bmax
0 Si la particule franchie la zone de Bmax → cône de perte
Mouvement d’une particule chargée dans la magnétosphère
Giration autour d’une ligne de champ
Rebond entre 2 miroirs magnétiques
Dérive azimuthale perp. à B
Trajectoire les particules chargées dans la magnétosphère
La magnétosphère
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 8.1015Tm3, 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.
Évolution du champ géomagnétique
Cavité magnétosphérique
La Terre et son champ magnétique constituent un obstacle à l’écoulement 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 l’environnement terrestre
Régions magnétosphériques
Choc d’étrave et magnétogaine(bow shock) (magnetosheath)
Limite entre l’écoulement supersonique du vent solaire et l’écoulement subsonique de la magnétogaine (région entre le choc et la magnétopause). De l’ordre de 100 à 1000 km d’épaisseur.
Conservation du flux de particules à travers le choc:
mshswmshsw
mshmshswsw
nnvv
vnvn
→ compression du plasma
On montre de même que l’énergie des particules et l’amplitude du champ magnétique augmentent à travers le choc.
Couches limites1. Magnétopause
Couche limite entre le plasma de la magnétogaine et la magnétosphère où domine le champ géomagnétique.C’est une zone très importante puisque elle est le siège de tous les couplages et échanges entre le vent solaire et l’environnement terrestre.
Quand les ions (positifs) et les électrons « voient » le champ magnétique terrestre, ils subissent une séparation de charge → courant de Chapman-Ferraro (~MA)
L’épaisseur de la magnétopause est en gros déterminée par le rayon de giration des ions(quelques 100 de km).
Magnétopause
Magnétosphère interne1. Plasmasphère
Magnétosphère interne2. Ceintures de radiation (radiation belt)
Découvertes par Van AllenDeux ceintures, une interne vers 1RT et l’autre externe vers 3-6 RT
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.
Courants magnétosphériques
Courants magnétosphériquesfermeture dans l’ionosphère
Couplages vent solaire-magnétosphère
Un partie des particules magnétosphériques proviennent de l’ionosphère mais aussi du vent solaire.
L’activité solaire influe sur l’activité géomagnétique.
Couplage entre le vent solaire, la magnétosphère et l’ionosphère.
Transfert de masse reconnexion, diffusion, pénétration impulsive.Transfert d ’énergie par les champs, les ondes.
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!
Reconnexion magnétique
La reconnexion magnétique est un processus fondamental dans un plasma qui:
→ Modifie la topologie magnétique.
→ Convertit l’énergie magnétique en énergie cinétique.
→ Accélère les particules.
Reconnexion magnétique
Couplage VS-M-IReconnexion magnétique
Couplage VS-M-IReconnexion magnétique
L’ovale auroral
Effet miroir peu efficace pour les électrons pénètrent dans l’atmosphère précipitation.
Cela forme deux ovales au N et au S, image des lignes L=4 à L=10 (Entre 65° et 75° de lat)
Et sur les autres planètes?
Magnétosphères stellaires
