Instabilités entrifuges et turbulence dans les plasmas : des plasmas de laboratoire à la magnétosphère de JUPiter – CANTALOUPE

Les plasmas magnétisés en rotation sont omniprésents dans l'univers et dans les applications technologiques. Ces configurations sont propices au développement des instabilités centrifuges, qui conduit à un fort transport turbulent perpendiculairement au champ magnétique. Dans ce projet, nous aborderons les questions ouvertes soulevées par les récentes observations de régimes centrifuges instables dans les magnétosphères de Jupiter et de Saturne, ainsi que dans les expériences de laboratoire. En particulier, nous comblerons les principales lacunes des modèles actuels, i) en tenant compte de la collisionnalité des ions et ii) de la magnétisation des ions et des effets de rayon de Larmor fini des ions, iii) en levant l'approximation basse fréquence pour les expériences, iv) en incluant les fluctuations électromagnétiques pour les magnétosphères planétaires.
Une approche intégrée sera développée avec deux expériences de colonne de plasma linéaire pleinement opérationnelles, complétées par une vaste expertise en modélisation couvrant les simulations PIC, les simulations de fluides et les modèles réduits. Une combinaison d'observations spatiales in situ et à distance des magnétosphères de Saturne et de Jupiter sera utilisée pour alimenter les modèles. Nous fournirons une compréhension détaillée des mécanismes de saturation pour les régimes centrifuges instables, sur une large gamme de paramètres physiques, en mettant l'accent sur l'influence de la collisionnalité et de la magnétisation des ions. Les modèles seront contraints par des mesures dédiées en laboratoire, avant d'être étendus aux paramètres pertinents pour les magnétosphères jovienne et kronienne. Il nous sera alors possible de prédire la structure des régimes non linéairement saturés pour les instabilités centrifuges afin de paramétrer les coefficients de transport turbulents effectifs utilisés pour les simulations magnétosphériques, mais aussi d’optimiser différents processus technologiques.