Mathematical modeling and simulation of non-equilibrium plasmas : application to magnetic reconnection in the Sun atmosphere

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Modélisation mathématique et simulation des plasmas hors équilibres pour la prédiction de la reconnexion magnétique : application à l’atmosphère solaire La capacité de modéliser, simuler et prédire le phénomène de reconnexion magnétique est un enjeu crucial pour de nombreuses applications (ITER, plasmas astrophysiques) et impacte la prédiction du « temps solaire » et des « orages magnétiques » pouvant perturber les satellites. L’enjeu scientifique fondamental est la description du transfert instationnaire d’énergie magnétique en énergie cinétique et thermique, encore hors d’atteinte des modèles magnéto-hydrodynamique (MHD) actuels. L’objectif premier de la thèse est le développement d’un modèle fluide cohérent de plasma magnétisé hors équilibrethermique et chimique avec une description détaillée des effets dissipatifs basée sur la théorie cinétique des gaz et une bonne structure mathématique. Le second repose sur le développement d’une stratégie numérique innovante, précise et robuste, dans un code de calcul massivement parallèle avec adaptation demaillage permettant de capturer tout le spectre d’échelle en jeu et la raideur numérique en résultant. L’ensemble des coefficients de transport, la thermodynamique et la chimie correspondante seront étudiés et comparés aux données préalablement utilisées dans le domaine. Puis on montrera que le modèle et sa simulation, issus d’un travail transdisciplinaire impliquant ingénierie, physique des plasmas, physique solaire, mathématique, et calcul scientifique et parallèle, est capable de reproduire correctement la physique du phénomène. La validation de l’approche à travers une série de cas test issus de l’application à la dynamique de l’atmosphère solaire en lien avec la NASA et le VKI permettra de disposer d’un outil, ouvert à la communauté, capable de lever plusieurs verrous scientifiques et technologiques.