La Turbulence UBF dans la Magntogaine Spectres Spatiaux

La Turbulence UBF dans la Magnétogaine Spectres Spatiaux : Résultats & Implications Fouad Sahraoui 1, G. Belmont 1, L. Rezeau 1, J. L. Pinçon 2, N. Cornilleau-Wehrlin 1, A. Balogh 3 1 CETP, Vélizy 2 LPCE, Orléans 3 Imperial College, Londre Atelier PNST – Autrans 2004

Pourquoi étudier la turbulence dans la magnétogaine? ~104 km ~10 km Milieu non collisionnel Rôle de la turbulence dans les différents processus fondamentaux: • Transport, dissipation, … Mais aussi • Reconnexion (? ): via la création de petites échelles par cascade (de L~104 km à l~10 km “driving”) Atelier PNST – Autrans 2004

La turbulence UBF dans la magnétogaine B 2~ fsc-7/3 Données Cluster-FGM [0, 10]Hz (18 -02 -2002) Spectre en loi de puissance (de type Kolmogorov k –a, a=5/3, 2, …? ) Ce qu’il faut faire: • • • Déterminer le spectre spatial en k pour chaque fréquence fsc séparer l’effet Doppler de la Turbulence. Déterminer sa nature : Compressible? Anisotrope? Faible ou Forte? … Déterminer les lois d’échelles spatiales (intégrées en fréquences) ? Atelier PNST – Autrans 2004

Les données Cluster et le k-filtering FGM (18 -02 -2002; 5 h 34) k 1 k 2 k 3 ~100 km Limitation de la gamme de fréquences accessibles à l’analyse (fsc 3 Hz) Atelier PNST – Autrans 2004 kj

Identification du processus d’injection f 0 = 0. 11 Hz fci=0. 33 Hz Miroir : fsat~ 0. 3 fci ; fplasma~ 0 ; kor ~0. 3; (ko, Bo) = 81° Théorie cinétique instabilité si Mesures: instabilité L’injection de l’énergie du spectre se fait via une instabilité Miroir bien décrite par la théorie linéaire (Sahraoui et al. , 2004). Atelier PNST – Autrans 2004 kor ~0. 3~ k(gmax)

Etude des hautes fréquences du spectre fo=0. 11 Hz f 1=0. 37 Hz f 2 = 1. 32 Hz fci~0. 33 Hz Miroir : fo= 0. 11 Hz ; fplasma~ 0 Miroir : f 1~ fci ; fplasma~ 0 Miroir: f 2~ 4 fci ; fplasma~ 0 kor ~0. 3~ k(gmax); (ko, Bo) = 81° k 1 ~ 3 ko ; (k 1, Bo) = 82° k 2 ~ 10 ko ; (k 2, Bo) = 86° Observation des structures Miroir sur une large gamme de fréquences dans le Atelier PNST – Autrans 2004 repère du satellite, mais avec une fréquence nulle dans le repère du plasma.

Premier spectre spatial 3 D Bo n v v n Bo (v, n) ~ 100° (v, Bo, ) ~ 110° (n, Bo) ~ 80° Distribution 3 D anisotrope de l’énergie des structures miroir au voisinage de la magnétopause (le long de la normale n, du flot v, et du champ statique Bo) Atelier PNST – Autrans 2004

Nouvelle loi d’échelle de la turbulence UBF compressible Une double intégration: et Une cascade ~1 D de type fluide de l’énergie des structures miroir le long du flot v : B 2~kv-8/3 Li ~2000 km Ls~100 km Signature temporelle en fsc-7/3 dans le repère du satellite de la cascade 1 D en Atelier PNST – Autrans 2004 kv-8/3 (Sahraoui et al. , Phys. Rev. Lett. , 2005)

Conclusions & Perspectives 1. • • Turbulence: nouveaux aspects mis en évidence: Compressibilité & fortes anisotropies (Bo, n, v) Rôle des gradients large échelle ~104 km (i. e. la normale n). Nouvelle loi d’échelle ~ 1 D en k– 8/3 (pas prédite pas aucune théorie!) Aspects cinétiques (injection d’énergie)+ cascade « fluide » Intérêt des codes semi-fluide pour étudier la nouvelle turbulence ( présentation de Thierry Passot) 2. Reconnexion (~10 km): cascade de l’énergie des grandes échelles (~2000 km) vers les petites échelles (~100 km) Rôle potentiel de la turbulence UBF dans le « driving » de la reconnexion (en cours ISSI, Bern) 3. Missions multi-satellites futures ( O. Lecontel & P. Louarn) • nécessité d’explorer les petites échelles (~10 km) (reconnexion, dissipation …) La mission MMS (2013) • Mais aussi les grandes échelles (~104) La mission Cross. Scale (2020!) Atelier PNST – Autrans 2004