8.3 Irréversibilité et non-linéarités
297
Le tableau (8.8) résume ces propriétés essentielles des résonances et coupures.
Tableau 8.8
Résonances
Coupures
k
k = +∞
k = 0
H, E
k × E = 0
H = 0
Phénomènes Onde amortie, absorption, conversion
Onde évanescente, réflexion
Direction
tan 2 u = −´ /´ ⊥ , v c,UH,LH
Toutes directions, v pe,R,L
Puissance
Puissance active
Puissance réactive
L’analyse des résonances et coupures permet d’organiser la description et la classification des modes en incidence quelconque et en particulier de suivre la transformation des modes X et O vers les modes L et R en fonction de la rotation de la direction
de propagation.
8.3 IRRÉVERSIBILITÉ ET NON-LINÉARITÉS
Une présentation des ondes dans les plasmas se résumant à l’identification des modes
propres (O, X, R, L,W...) est incomplète, il est aussi nécessaire d’analyser la dynamique de ces ondes, c’est-à-dire les mécanismes d’émission, d’absorption et de couplage de modes. Dans les plasmas de laboratoire ces modes propres sont en général
excités à partir d’un système d’antennes complexe et l’onde est utilisée pour chauffer ou diagnostiquer le plasma. La compréhension des mécanismes de chauffage (qui
avec les mécanismes de confinement sont les deux préoccupations fondamentales
des physiciens des plasmas) passe par l’étude approfondie des processus d’absorption des ondes qui viennent d’être décrites.
Deux approches peuvent être utilisées pour étudier l’absorption des ondes dans les
plasmas : (i) le calcul du tenseur diélectrique dit chaud à partir de l’équation de
Vlasov qui permet d’exprimer la densité de puissance absorbée par unité de volume
(8.19), (ii) le calcul des orbites des particules dans les champs électromagnétiques et
l’introduction de l’irréversibilité à travers l’hypothèse des phases aléatoires qui sera
justifiée au dernier chapitre dans le cadre de l’étude du chaos hamiltonien. C’est cette
deuxième approche que nous présenterons ici car elle autorise une analyse physique
plus fine des transferts de puissance et de la production d’entropie. Nous étudierons
donc l’absorption Landau, l’absorption collisionnelle ou bremsstrahlung inverse (le
mot bremsstrahlung désigne le processus de rayonnement des particules chargées
lors de collisions, freiner et rayonner en allemand) et l’absorption résonante par
les plasmons.
8.3.1 Absorption Landau
Considérons un onde électrostatique longitudinale E sin (kx − vt + w), décrite par
le potentiel électrostatique f cos (kx − vt + w) et interagissant avec une particule
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
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Le tableau (8.8) résume ces propriétés essentielles des résonances et coupures.
Tableau 8.8
Résonances
Coupures
k
k = +∞
k = 0
H, E
k × E = 0
H = 0
Phénomènes Onde amortie, absorption, conversion
Onde évanescente, réflexion
Direction
tan 2 u = −´ /´ ⊥ , v c,UH,LH
Toutes directions, v pe,R,L
Puissance
Puissance active
Puissance réactive
L’analyse des résonances et coupures permet d’organiser la description et la classification des modes en incidence quelconque et en particulier de suivre la transformation des modes X et O vers les modes L et R en fonction de la rotation de la direction
de propagation.
8.3 IRRÉVERSIBILITÉ ET NON-LINÉARITÉS
Une présentation des ondes dans les plasmas se résumant à l’identification des modes
propres (O, X, R, L,W...) est incomplète, il est aussi nécessaire d’analyser la dynamique de ces ondes, c’est-à-dire les mécanismes d’émission, d’absorption et de couplage de modes. Dans les plasmas de laboratoire ces modes propres sont en général
excités à partir d’un système d’antennes complexe et l’onde est utilisée pour chauffer ou diagnostiquer le plasma. La compréhension des mécanismes de chauffage (qui
avec les mécanismes de confinement sont les deux préoccupations fondamentales
des physiciens des plasmas) passe par l’étude approfondie des processus d’absorption des ondes qui viennent d’être décrites.
Deux approches peuvent être utilisées pour étudier l’absorption des ondes dans les
plasmas : (i) le calcul du tenseur diélectrique dit chaud à partir de l’équation de
Vlasov qui permet d’exprimer la densité de puissance absorbée par unité de volume
(8.19), (ii) le calcul des orbites des particules dans les champs électromagnétiques et
l’introduction de l’irréversibilité à travers l’hypothèse des phases aléatoires qui sera
justifiée au dernier chapitre dans le cadre de l’étude du chaos hamiltonien. C’est cette
deuxième approche que nous présenterons ici car elle autorise une analyse physique
plus fine des transferts de puissance et de la production d’entropie. Nous étudierons
donc l’absorption Landau, l’absorption collisionnelle ou bremsstrahlung inverse (le
mot bremsstrahlung désigne le processus de rayonnement des particules chargées
lors de collisions, freiner et rayonner en allemand) et l’absorption résonante par
les plasmons.
8.3.1 Absorption Landau
Considérons un onde électrostatique longitudinale E sin (kx − vt + w), décrite par
le potentiel électrostatique f cos (kx − vt + w) et interagissant avec une particule
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit