Projet ANR-13-JS04-0003 – DYNAMO : DYNamique d’un plAsMa turbulent et inductiOn magnétique
Programme : JCJC - SIMI 4 - Physique des milieux condensés et dilués (JCJC SIMI 4) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Nicolas PLIHON (Laboratoire de Physique - ENS Lyon - UMR 5672)
Partenaires : Laboratoire de Physique de l'Ens de Lyon
Montant : 356078.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : Le couplage entre champ de vitesse (u) et champ magnétique (b) dans les fluides conducteurs est présent dans de nombreuses situations astrophysiques et de laboratoire : vent solaire, planètes et étoiles (où l’instabilité dynamo convertit une partie de l’énergie cinétique en énergie magnétique), plasmas de fusion. Ces milieux sont turbulents et une description unifiée de leur comportement fait défaut. L’analyse des équations de la magnétohydrodynamique (MHD) fait ressortir trois nombres sans dimension: le nombre de Prandtl magnétique Pm (compare viscosité cinématique et viscosité du champ magnétique), le nombre de Reynolds cinétique Re (traduit l’intensité de la turbulence de l’écoulement), et le nombre de Reynolds magnétique Rm (quantifie les effets non-linéaires pour le champ magnétique). Deux de ces nombres sont indépendants, avec Rm = Pm.Re.
Le projet DYNAMO propose une caractérisation de l’influence de Re et Pm sur la dynamique couplée (u,b) dans un plasma, en présence d’écoulements contrôlés. L’utilisation d’un plasma en tant que fluide conducteur permet de faire varier la valeur de Pm sur plusieurs ordres de grandeurs, en fonction des paramètres physiques du plasma; notre dispositif couvrira des valeurs de Pm entre 1e-7 et 10 dans un plasma basse pression. 
Nos travaux porteront sur:
1. l’influence de Re et Pm sur les processus MHD turbulents (tel les effets d’induction magnétique) et la turbulence plasma
2. l’influence d’écoulements grande-échelle sur la turbulence plasma (ondes de dérives).
Le premier point permettra d’étendre les études expérimentales en métaux liquides, à très bas Pm (1e-6), et d’atteindre les régimes des simulations numériques  actuelles à Pm modéré (0,1).
Le second point est une approche originale de la turbulence dans les plasmas, basée sur un forçage à grande échelle du plasma. Cette approche est complémentaire  des études, nombreuses et bien documentées, sur la turbulence plasma, dont l’origine est l’interaction non-linéaire de modes (d’ondes de dérives) instables à petite échelle. 
Notre approche est basée sur la mise en place d’une expérience dans laquelle le plasma est mis en mouvement, à grande échelle, de manière contrôlée. Ce dispositif permettra un contrôle indépendant de Pm et Re. Des méthodes innovantes en simulation numérique appuieront et compléteront le développement expérimental. Les données expérimentales, renforcées par les données numériques, serviront de base aux travaux de modélisation physique des processus de couplage dynamique (u,b).
Le programme scientifique est le suivant:
1. Écoulements plasmas contrôlés : développement et caractérisation de techniques d’accélération pour un écoulement de type von-Kàrmàn, évolution des coefficients de transport avec les paramètres physiques, contrôle du potentiel plasma.
2. Influence d’écoulements sur la turbulence d’ondes de dérives : rotation, écoulements cisaillés axialement et azimutalement
3. Influence de Re et Pm sur la turbulence plasma et les mécanismes d’induction magnétique en présence de champ magnétique appliqué à grande échelle et de gradients de vitesse. Cette étape fournira des bases pour la modélisation des situations astrophysiques et le développement de la prochaine génération d’expériences dynamos en plasma.
Les outils statistiques de turbulence en fluide neutre seront appliquées à la dynamique couplée (u,b). La dépendance en Pm et Re des spectres turbulents, des processus de dissipation d’énergie, de l’intermittence et de l’anisotropie sera caractérisée. Cette approche permettra de compléter et d’affiner les modèles pour le vent solaire ou la contrôle de la turbulence des plasmas de fusion.
Le développement expérimental de mesures résolues en temps pour le champ magnétique et le champ de vitesse permettra de réaliser ces objectifs.
Finalement, le développement d’un dispositif expérimental original (écoulements contrôlés dans des plasmas) ouvrira un large champ d’investigation en (magnéto)-hydrodynamique non linéaire.