Soutenance de thèse Archives - Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires

Soutenance de thèse d’Adrien Poindron

Soutenance de thèse
Adrien Poindron
Aix-Marseille Université

Détection d’une molécule géante avec un nuage d’ions piégés

Direction: Martina Knoop et Jofre Pedregosa-Gutierrez

Jury :

Rodolphe ANTOINE, directeur de recherche, Institut Lumière Matière, Examinateur
Laurence CHARLES, professeure, Aix Marseille université, Examinatrice
Laurent HILICO, professeur, Laboratoire Kastler Brosse, Rapporteur
Stefan WILLITSCH, professeur, Université de Bâle, Rapporteur
Martina KNOOP, directrice de recherche, Aix Marseille Université, Directrice de thèse
Jofre PEDREGOSA-GUTIERREZ, maitre de conférences, Aix-Marseille Université, co-directeur de thèse

Une nouvelle application pour un ensemble d’ions piégés et refroidis par laser est proposée pour la détection non-destructive de molécules géantes. Dans cette application un ion moléculaire est projeté sur un ensemble d’ions calcium+. Le signal de détection est attendu dans la fluorescence de l’ensemble d’ions susceptible de varier après la perturbation induite par la molécule. En parallèle du développement d’un prototype nous démontrons par l’intermédiaire de simulations numériques la faisabilité du principe. La thèse s’organise en trois parties : la première partie présente les aspects expérimentaux propres au piégeage d’ions, la deuxième partie traite des aspects expérimentaux propres à la source moléculaire et au guidage d’une particule chargée, la troisième partie présente les simulations numériques conduites dans le but de reproduire numériquement l’interaction. Avec les simulations, nous mettons en évidence les rôles clé de l’interaction coulombienne combinée au chauffage radio-fréquence dans le mécanisme de déstabilisation du nuage entraînant la détection. Les conditions favorisant la détection sont étudiés, ainsi que certains aspects du piégeage d’ions seul. Les éléments essentiels constitutifs du prototype sont présentés et discutés dans les premières parties. Une description du piégeage d’un ensemble d’ions au delà du régime adiabatique est proposée. Les caractéristiques essentielles des grands ensembles d’ions sont présentés. En particulier, le chauffage radio-fréquence est discuté. Sur le plan moléculaire l’ensemble des techniques mises en œuvre pour acheminer un ion moléculaire est décrite, en prenant en compte les récents éléments apparus après le développement du prototype. Un effort particulier a été produit afin de fournir les éléments nécessaires à la compréhension et à la bonne mise en œuvre des éléments de la source moléculaire. Une détection d’ions légers par des moyens classiques a pu être mise en œuvre et est discutée.

Mots clés en français : Spectroscopie laser,Spectrométrie de masse,Ions confinés,Molécules géantes

Soutenance de thèse d’Adrien Poindron

Soutenance de thèse de Samuele Mazzi

Composition du jury :

Mots clés : Ions rapides, Micro-turbulence, Tokamak

Résumé :

L’exploitation des plasmas de fusion magnétiquement confinés en tant que source d’énergie durable et propre est limitée par le transport turbulent radial vers l’extérieur. Ce transport est principalement induit par les micro-instabilités. Les dispositifs de fusion de la prochaine génération seront principalement chauffés par les particules alpha produites par les réactions de fusion nucléaire. Les particules alpha doivent être bien confinées afin de transférer leur énergie aux ions thermique. Cependant, on dispose de très peu de connaissances sur l’interaction entre les particules alpha et les micro-turbulences. Ainsi, des régimes de turbulence et de transport inattendus peuvent avoir des effets néfastes sur les performances des futurs réacteurs chauffés par les particules alpha. L’étude d’un scénario de tokamak qui peut imiter les conditions expérimentales attendues dans les futurs réacteurs est donc cruciale. Des études numériques sur l’impact des ions rapides sur le transport turbulent induit par le gradient de température des ions et les instabilités du mode des électrons piégés dans des expériences réelles ont été réalisées. Il est démontré qu’une suppression du transport turbulent à l’échelle des ions peut être obtenue. Les modes d’Alfvén déstabilisés par les ions hautement énergétiques, à travers une interaction onde-particule, jouent un rôle essentiel dans le mécanisme multi-échelle qui conduit à la suppression de la turbulence. Des analyses approfondies soulignent en outre la possibilité de reconnaître les caractéristiques de la réduction du transport à l’échelle des ions, quel que soit le régime turbulent dominant.

Soutenance de thèse de Manuela Sisti

Thesis Defence
Manuela SISTI

DÉTECTION ET ÉTUDE DE LA RECONNEXION MAGNÉTIQUE DANS LES SIMULATIONS DE PLASMA SPATIAL

Sous la direction de : Olivier Agullo, Matteo Faganello and Francesco Califano

Composition du jury :

Résumé : La reconnexion magnétique est un processus fondamental en physique des plasmas, étant le seul capable de réarranger les connexions à grande échelle des lignes de champ magnétique, permettant d’importantes modifications topologiques du champ, bien qu’elle se produise dans des régions très petites par rapport à la taille du système. Cette modification de la topologie globale permet au système d’atteindre des états d’énergie inférieurs autrement interdits et convertit une grande quantité d’énergie magnétique en énergie cinétique, énergie thermique et accélération de particules. La reconnexion magnétique se produit dans une grande variété d’environnements spatiaux tels que la couronne solaire, la magnétosphère de la Terre, le vent solaire turbulent.

En raison de son importance et de son caractère unique, la reconnexion magnétique a été largement étudiée au cours des dernières décennies à l’aide de modèles théoriques, de simulations numériques et de données satellitaires. Pourtant, certaines questions importantes restent à élucider. En particulier, en ce qui concerne les simulations, la détection de la reconnexion magnétique est une tâche difficile et la recherche des signatures de reconnexion demande une investigation visuelle et non automatique. Ceci est particulièrement vrai lorsque les simulations ne sont pas initialisées avec des configurations “ad-hoc”, appropriées pour la reconnexion, mais lorsque les feuilles de courant où la reconnexion peut se développer sont générées aléatoirement par la dynamique turbulente, même dans une géométrie 2D simplifiée. La situation du cas 3D est encore plus complexe puisque la dynamique de reconnexion 3D est encore un sujet de débat même d’un point de vue théorique.

L’objectif de cette thèse est d’étudier la reconnexion magnétique dans le contexte du plasma spatial sans collision, en particulier dans les nappes de courant qui sont générées de manière autonome par le mouvement du plasma, soit par des tourbillons magnétohydrodynamiques à grande échelle (émergeant après le développement de l’instabilité de Kelvin-Helmoltz sur les flancs de la magnétosphère terrestre), soit par des tourbillons à petite échelle dans la turbulence cinétique (comme ceux qui se développent dans le vent solaire).

Le travail principal de cette thèse porte sur la possibilité d’utiliser des techniques automatiques pour identifier les événements de reconnexion magnétique dans les simulations hybrides cinétiques 2D de la turbulence du plasma. Ces techniques sont basées sur des méthodes d’apprentissage automatique supervisées (CNN) et non supervisées (KMeans et DBscan). Pour ce qui concerne le cas 3D, l’état de l’art de nos travaux est présenté. En particulier, nous analysons statistiquement les événements de reconnexion magnétique dans une simulation 3D à deux fluides de la reconnexion magnétique médiée par Kelvin-Helmholtz sur les flancs de la magnétosphère terrestre. Enfin, en ce qui concerne les simulations Hybrid Kinetic 3D de la turbulence, nous présentons une analyse statistique des structures actuelles où la reconnexion peut potentiellement se produire, tandis que le développement d’une technique d’apprentissage automatique pour identifier automatiquement la reconnexion dans les simulations 3D est toujours en cours.

Mots-clefs: plasma physics, magnetic reconnection, machine learning