Axe transverse "Plasmas numériques"

• Code PIC relativiste avec traitement cinétique des électrons et ions

• Configurations 1D et 2D, avec 3 composantes pour les vecteurs champs et vitesses

• Équations de Maxwell résolues sans approximation (formulation électromagnétique complète)

• Intégration temporelle explicite (méthode leap-frog)

• Interpolation des charges et courants : méthode SUDS (Subtracted Dipole Scheme)

• Résolution spectrale (FFT) permettant la séparation électrostatique/électromagnétique

• Conditions aux limites : périodiques ou non (avec murs absorbants ou réfléchissants)

• Génération d’ondes de choc (plane ou courbe) via piston magnétique

• 1D : Fortran 77, portable, code scalaire (PC Linux, Mac, SX8)

• 2D : Fortran 90, code parallélisé avec OpenMP

  • Parallélisation des boucles particulaires et des FFTs

  • Décomposition spatiale avec tri des particules

  • Vectorisation avancée (charges, courants, pousseur)

  • Équilibrage dynamique de charge CPU

Modélisation précise de phénomènes cinétiques relativistes dans les plasmas collisionnels ou collisionless, incluant des structures de choc, ondes non linéaires et instabilités plasma à haute résolution.

• 2D3V : 2 dimensions spatiales, 3 composantes pour les champs et flots

• Solveur de Maxwell : Schéma de Harned sur grille alternée (second ordre)

• Équations résolues :

  • Faraday (évolution de B),

  • Ampère (calcul du courant total),

  • Loi d’Ohm généralisée (convection, Hall, pression et inertie électroniques)

• Inertie électronique : équation elliptique résolue par méthode multigrille

• Traitement PIC bilinéaire pour deux espèces d’ions (densité, courant)

• Pousseur de particules : algorithme de Boris

• Fermeture fluide électronique : isotherme ou adiabatique

• Conditions aux limites : périodiques, réfléchissantes ; ouvertes en cours d’implémentation (Klimas et al. 2008)

• Langage C ANSI, parallélisation MPI pour les particules

Utilisé pour l’étude des phénomènes cinétiques aux échelles ioniques, lorsque les électrons peuvent être modélisés comme un fluide neutralisant. Thématiques abordées :

• Compression de la magnétopause de Mercure

• Diffusion anormale de particules à la magnétopause terrestre

• Instabilité de Kelvin-Helmholtz dans la magnétosphère

• Reconnexion magnétique

• Confinement des rayons cosmiques dans le milieu interstellaire

• Code PIC 3D3V (trois dimensions spatiales et trois vitesses)

• Calcul explicite de l’Hamiltonien du système

• Intégration symplectique d’ordre 2 (conservation des invariants)

• Pas de temps constant (Δt)

• Initialisation :

  • Par inversion de la fonction de distribution cumulative

  • Séparation des variables : $f(r, v) = f(r)f(v)$

  • Ajout d’amplitude et phase aléatoire (instabilités, paquets d’ondes)

• Distribution initiale : loi uniforme contrôlée

• Parallélisation MPI

• Utilisation de la bibliothèque NAG

Simulation des interactions ondes-particules dans les plasmas collisionless magnétisés, spatialement homogènes. Applications :

• Résonance d’un faisceau d’électrons avec ondes électrostatiques

• Étude de l’instabilité bump-on-tail

• Couplage non linéaire entre modes via des particules résonantes

• Déstabilisation d’ondes hybrides basses par des distributions anisotropes (cône de perte)