Turbulence dans les plasmas astrophysiques et spatiaux avec 'imbalance': reconnexion magnétique, chauffage des ions et dynamique dans l'espace des vitesses // imbalanced turbulence in space and astrophysical plasmas: magnetic reconnection, ion heating and

Topic description

Ce projet de thèse porte sur l'étude de la turbulence avec 'imbalance' dans les plasmas spatiaux et astrophysiques, où les fluctuations se propageant vers l'extérieur, comme les ondes d'Alfvén, dominent celles se propageant vers l'intérieur, une condition fréquemment observée dans le vent solaire. L'objectif est de comprendre comment ce déséquilibre aux grandes échelles d'injection influence la cascade turbulente lorsqu'elle traverse les échelles ioniques, notamment en ce qui concerne les mécanismes de chauffage des ions, les statistiques de reconnexion magnétique, et le comportement de l'hélicité croisée généralisée (HCG) lors de la transition entre les régimes magnétohydrodynamique (MHD) et cinétique. La recherche explorera également le rôle de paramètres turbulents clés, tels que le bêta du plasma (β), les régimes d'injection et les niveaux de fluctuation, avec une attention particulière portée sur l'environnement plasma de Mercure, en prévision des données de la mission BepiColombo.
Pour atteindre ces objectifs, le projet utilisera des simulations haute résolution avec le code hybride-Vlasov-Maxwell (HVM), un solveur eulérien 3D-3V de pointe, afin de modéliser la turbulence dans la gamme cinétique. Des simulations exploratoires préliminaires seront réalisées à l'aide de codes gyro-fluides pour identifier les régimes de paramètres pertinents et mettre en évidence les effets cinétiques nécessitant une résolution complète de l'espace des phases. Une analyse détaillée des fonctions de distribution des ions, utilisant des outils tels que la décomposition d'Hermite et des diagnostics de l'espace des phases, sera effectuée pour identifier les signatures non-maxwelliennes associées aux différents processus de chauffage et non thermiques. Les résultats serviront finalement à interpréter les mesures in situ de BepiColombo concernant les distributions ioniques et l'activité turbulente près de Mercure, établissant ainsi un lien entre les connaissances théoriques et les données observationnelles.
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This PhD project focuses on investigating the dynamics of imbalanced turbulence in space and astrophysical plasmas, where outward-propagating fluctuations, such as Alfvén waves, dominate over inward-propagating ones—a condition commonly observed in the solar wind. The study aims to understand how this imbalance at large injection scales influences the turbulent cascade as it crosses ion scales, particularly in terms of ion heating mechanisms, magnetic reconnection statistics, and the behavior of the generalized cross helicity (GCH) invariant during the transition from magnetohydrodynamic (MHD) to kinetic regimes. The research will also explore the role of key turbulent parameters, including plasma beta (β), injection regimes, and fluctuation levels, with a specific focus on Mercury's plasma environment in anticipation of data from the BepiColombo mission.
To achieve these objectives, the project will employ high-resolution simulations using the hybrid-Vlasov-Maxwell (HVM) code, a state-of-the-art 3D-3V Eulerian solver, to model kinetic-range turbulence. Preliminary exploratory runs will be conducted using gyro-fluid codes to identify relevant parameter regimes and highlight kinetic effects that necessitate full phase-space resolution. A detailed analysis of ion distribution functions, leveraging tools such as Hermite decomposition and phase-space diagnostics, will be performed to identify non-Maxwellian signatures associated with different heating and non-thermal processes. The results will ultimately be used to interpret BepiColombo's in-situ measurements of ion distributions and turbulent activity near Mercury, bridging theoretical insights with observational data.
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Début de la thèse : 01/10/
WEB :

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

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