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finale des différents régimes physiques pourrait s’effectuer en termes de nombres
caractéristiques sans dimension (nombre de Mach, nombre de Reynolds, nombre
de Knudsen,... en mécanique des fluides) construits à partir de ces échelles caractéristiques. Mais, en physique des plasmas, bien que certains de ces nombres sans
dimension apparaissent dans des contextes particuliers (paramètre de Hall, paramètre
bêta...), l’usage des nombres adimensionnés est beaucoup moins systématisé qu’en
hydrodynamique et thermique.
La modélisation d’un plasma se présente toujours comme l’étude d’un problème de
couplage champ électromagnétique-matière ionisée. En ce qui concerne la partie
électrodynamique de ce type de problème l’électrodynamique classique possède
déjà un système d’unités naturelles complet ; en effet, la charge de l’électron e,
sa masse m, ainsi que la vitesse de la lumière c = 1/
√
´ 0 m 0 et l’impédance du
vide Z 0 =
m 0 /´ 0 , constituent un premier jeu de quatre paramètres dimensionnés
et indépendants. Ces quatre constantes de l’électrodynamique classique peuvent
être aisément ramenées à (i) une longueur : le rayon classique de l’électron,
r e = e
2
/4p´ 0 mc
2
= 2, 8 × 10
−15 [m], (ii) une masse : la masse de l’électron,
m = 9, 1 × 10
−31
kg
, (iii) un temps : r e /c = 9, 4 × 10
−24 [s] et (iv) un courant : le
courant d’Alfvén, I A = 4p´ 0 mc
3
/e = 17 [kA]. La description de la matière ionisée
en termes de densité, température et champ magnétique... ainsi que la description
des processus considérés en termes de longueurs et de temps typiques introduisent
d’autres grandeurs caractéristiques. Compte tenu de la multiplicité de ces paramètres
dimensionnés indépendants décrivant la matière, on conçoit donc aisément qu’une
classification générale des différents régimes de la dynamique des plasmas soit
impossible. Néanmoins, au cas par cas, la complexité des problèmes de physique des
plasmas peut être appréhendée à l’aide d’un certain nombre d’échelles caractéristiques, qui apparaissent de manière récurrente dans nombre de problèmes classiques.
Le choix de ces paramètres est donc dicté par l’usage et, pour un problème donné,
ces échelles caractéristiques permettent d’établir un ordering permettant d’identifier
les processus dominants et d’associer à cette hiérarchie de processus des méthodes
d’approximation opérationnelles facilitant la construction d’un modèle pertinent.
Cette discussion générale sur la nécessité d’organiser la construction d’un modèle
et la solution d’un problème autour de l’ordering de quelques échelles caractéristiques prendra toute sa valeur pratique dans les chapitres consacrés aux processus
cinétiques, aux structures électriques, aux structures magnétiques et aux ondes.
Un plasma est soumis à deux tendances :
• une tendance au désordre due à l’agitation thermique, et
• une tendance à l’organisation due à l’aspect collectif que peut manifester l’interaction coulombienne.
Ces deux tendances permettent aux plasmas de rester sous forme ionisée, tout en
restant globalement neutre, en créant des conditions s’opposant à la séparation de
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
finale des différents régimes physiques pourrait s’effectuer en termes de nombres
caractéristiques sans dimension (nombre de Mach, nombre de Reynolds, nombre
de Knudsen,... en mécanique des fluides) construits à partir de ces échelles caractéristiques. Mais, en physique des plasmas, bien que certains de ces nombres sans
dimension apparaissent dans des contextes particuliers (paramètre de Hall, paramètre
bêta...), l’usage des nombres adimensionnés est beaucoup moins systématisé qu’en
hydrodynamique et thermique.
La modélisation d’un plasma se présente toujours comme l’étude d’un problème de
couplage champ électromagnétique-matière ionisée. En ce qui concerne la partie
électrodynamique de ce type de problème l’électrodynamique classique possède
déjà un système d’unités naturelles complet ; en effet, la charge de l’électron e,
sa masse m, ainsi que la vitesse de la lumière c = 1/
√
´ 0 m 0 et l’impédance du
vide Z 0 =
m 0 /´ 0 , constituent un premier jeu de quatre paramètres dimensionnés
et indépendants. Ces quatre constantes de l’électrodynamique classique peuvent
être aisément ramenées à (i) une longueur : le rayon classique de l’électron,
r e = e
2
/4p´ 0 mc
2
= 2, 8 × 10
−15 [m], (ii) une masse : la masse de l’électron,
m = 9, 1 × 10
−31
kg
, (iii) un temps : r e /c = 9, 4 × 10
−24 [s] et (iv) un courant : le
courant d’Alfvén, I A = 4p´ 0 mc
3
/e = 17 [kA]. La description de la matière ionisée
en termes de densité, température et champ magnétique... ainsi que la description
des processus considérés en termes de longueurs et de temps typiques introduisent
d’autres grandeurs caractéristiques. Compte tenu de la multiplicité de ces paramètres
dimensionnés indépendants décrivant la matière, on conçoit donc aisément qu’une
classification générale des différents régimes de la dynamique des plasmas soit
impossible. Néanmoins, au cas par cas, la complexité des problèmes de physique des
plasmas peut être appréhendée à l’aide d’un certain nombre d’échelles caractéristiques, qui apparaissent de manière récurrente dans nombre de problèmes classiques.
Le choix de ces paramètres est donc dicté par l’usage et, pour un problème donné,
ces échelles caractéristiques permettent d’établir un ordering permettant d’identifier
les processus dominants et d’associer à cette hiérarchie de processus des méthodes
d’approximation opérationnelles facilitant la construction d’un modèle pertinent.
Cette discussion générale sur la nécessité d’organiser la construction d’un modèle
et la solution d’un problème autour de l’ordering de quelques échelles caractéristiques prendra toute sa valeur pratique dans les chapitres consacrés aux processus
cinétiques, aux structures électriques, aux structures magnétiques et aux ondes.
Un plasma est soumis à deux tendances :
• une tendance au désordre due à l’agitation thermique, et
• une tendance à l’organisation due à l’aspect collectif que peut manifester l’interaction coulombienne.
Ces deux tendances permettent aux plasmas de rester sous forme ionisée, tout en
restant globalement neutre, en créant des conditions s’opposant à la séparation de
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit