M2 Physique des Plasmas et de la Fusion

Capacité d'accueil

28
Langue(s) d'enseignement

Anglais
Régime(s) d'inscription

Formation initiale

Formation continue

Présentation

Objectifs pédagogiques de la formation

Le Master 2 Physique des Plasmas et de la Fusion (PPF) est l’unique Master généraliste au niveau national qui propose des enseignements fondamentaux en physique des plasmas et dont l'objectif est de former des scientifiques et des ingénieurs de haut niveau, aptes à s'investir dans des programmes de recherche sur les plasmas, qu'ils soient naturels ou bien artificiels, froids ou chauds, dilués ou denses. Ce Master généraliste offre aux étudiants de larges possibilités de choix et d’orientation parmi les nombreuses thématiques de la physique des plasmas, leur permettant ainsi de construire pas à pas et en connaissance de cause leur projet professionnel tout au long de l’année universitaire. Il est commun à différents établissements dont l’Université Paris-Saclay (UPSAy), l’Université Sorbonne Université (SU) et l’Institut Polytechnique de Paris (IPP).

L’année universitaire se structure en différentes étapes. Après un enseignement fondamental dispensé à tous les étudiants pour leur inculquer les notions de base en physique des plasmas (tronc commun), des cours optionnels traitant des différentes thématiques ou « colorations » de la discipline leur sont proposés: physique des plasmas naturels (Plasmas Spatiaux et Astrophysiques), des plasmas de procédés (Plasmas dits « industriels »), des plasmas thermonucléaires (Plasmas de fusion magnétique ou inertielle) ou des plasmas issus de l'interaction laser-matière (Plasmas-lasers), dont une description plus détaillée est donnée ci-dessous.

L’ensemble de ces cours sont abordés de façon théorique et fondamentale, mais aussi du point de vue de l’expérimentation, de la simulation numérique et de la modélisation. Ils permettent aux étudiants d’acquérir une expertise dans différents domaines pluridisciplinaires (plasma/santé, plasma/environnement, plasma/énergie, plasma/espace, etc), mais aussi d’être initiés aux technologies innovantes les plus actuelles et aux grands projets nationaux et internationaux tels que le Tokamak ITER, les Lasers MegaJoule, Apollon ou Petal, ou encore les missions spatiales présentes et futures (Parker Solar Probe/NASA, Solar Orbiter ESA/NASA, etc).

Ces options ou « colorations » sont suivies de cours dits de « spécialisation », qui permettent aux étudiants d’approfondir leurs connaissances de façon plus pointue et dans l’optique de leur stage de recherche, dont la durée de 5 à 6 mois est compatible avec le format de stage de fin d'études des Ecoles d'Ingénieurs. Effectué dans un laboratoire de recherche en France ou à l’étranger, dans le milieu académique ou chez un industriel partenaire, ce stage parachève le Master qui ouvre alors sur un Doctorat (pour la majorité des étudiants) ou directement sur un emploi dans l’industrie.

Les quatre « colorations » ou domaines de recherche de la physique des plasmas sont les suivants :

Coloration : (i) Plasmas Spatiaux et Astrophysiques

La matière visible étant constituée à 99% de plasma, l’étude de cet état de la matière est d’une importance capitale pour la compréhension des phénomènes physiques qui se déroulent dans notre environnement immédiat (l’Héliosphère) ou lointain (le Cosmos).

Ainsi, les nombreux processus physiques qui s’y manifestent permettent d’étudier les aspects les plus fondamentaux et les plus actuels de la physique. Les plasmas s’y trouvent sous différentes conditions extrêmes, allant de milieux très denses (cœurs des étoiles, environnements des trous noirs, quasars, …) à très dilués (espaces interplanétaires, voir interstellaires ou intergalactiques,…). Ces différents états se caractérisent par des températures, des densités et des magnétisations s’étendant sur des dizaines d’ordres de grandeur, nécessitant par là l’introduction de différentes échelles spatio-temporelles et le développement d’approches théoriques diversifiées et complémentaires. Il est très difficile voire impossible de reproduire la plupart de ces plasmas en laboratoire ; ceux-ci restent néanmoins indispensables pour comprendre des phénomènes physiques tels que la conversion et la propagation de l’énergie (reconnexion magnétique, dissipation, turbulence, …), les processus d’accélération de particules (rayons cosmiques, faisceaux énergétiques, ondes de choc, …) et de génération de champs électromagnétiques (effet dynamo, instabilités, …).

D’autre part, de nombreuses applications s’avèrent très importantes : la propulsion par plasma, l'instrumentation spatiale, la navigation des satellites, les communications par ondes, le chauffage ionosphérique, la rentrée atmosphérique, etc. Actuellement, l’étude de notre Soleil est en pleine évolution avec le lancement en 2018 et 2020 des deux missions spatiales internationales « Solar Orbiter (ESA/NASA) » et « Parker Solar Probe (NASA) » qui ouvriront de nouveaux horizons. En particulier, depuis quelques années, une nouvelle discipline a vu le jour, la Météorologie de l’Espace, qui étudie les éruptions solaires et dont le but est de prédire leur impact sur nos sociétés modernes de plus en plus dépendantes de nos moyens électroniques.

Coloration : (ii) Plasmas créés par Laser et fusion inertielle

Les plasmas peuvent être créés en laboratoire en utilisant de puissants lasers focalisés sur des cibles gazeuses ou solides. En fonction des paramètres physiques et techniques des lasers et des cibles, une grande variété de plasmas peut être créée.

Lors de l'utilisation d'impulsions laser « longues » d'une durée de plusieurs nanosecondes et de très haute énergie, le plasma peut être fortement chauffé et comprimé jusqu’à un état extrême de température et de densité où la production d'énergie par fusion thermonucléaire devient possible. Dans ce régime à Haute Densité d'Energie (HED), la recherche se concentre également sur divers problèmes fondamentaux. Par exemple, des expériences en laboratoire sont conçues pour modéliser des phénomènes astrophysiques naturels se produisant à l'intérieur des étoiles, des planètes, des ejecta de supernovae où des chocs radiatifs sont observés et l'origine des rayons cosmiques étudiée.

Lorsque des impulsions « courtes » d'une durée d’une femtoseconde sont utilisées, on peut atteindre le régime d'interaction laser-plasma à Ultra-Haute Intensité (UHI), également appelé « régime relativiste » car les électrons parviennent à des vitesses relativistes en oscillant dans le champ électromagnétique du laser. Ce régime, qui ouvre la voie à l'accélération de particules et à la production de faisceaux de rayons X, pourrait être une nouvelle voie vers l’élaboration d'accélérateurs de particules miniatures. Cette physique est devenue accessible grâce aux progrès de la technologie laser, suite à l'invention de la technique CPA (Chirped Pulse Amplification ou Amplification par Dérive de Fréquence), récompensée par le prix Nobel en 2018.

Sur le plateau de Saclay, plusieurs installations laser sont présentes à l'échelle universitaire ; elles permettent de développer des programmes expérimentaux d'interaction laser-plasma à très haute intensité et haute densité énergétique (dans les laboratoires LOA, LULI, CEA Saclay). Actuellement, le laser multipetawatt APOLLON est en phase de finalisation (https://apollonlaserfacility.cnrs.fr) et fournira des intensités d’énergie sans précédent, permettant ’accéder à de nouveaux régimes où l'électrodynamique quantique et la physique des plasmas se rejoindront. Des installations similaires devraient bientôt être achevées en Europe, comme les lasers ELI. Ces installations sont complémentaires de la plupart des lasers énergétiques existant dans le monde, comme le Laser MegaJoule de Bordeaux (LMJ) et le National Ignition Facility (NIF) aux Etats-Unis.

Le Master PPF fournit aux étudiants les concepts et les outils indispensables à l’étude des plasmas créés par laser, en lien étroit avec les recherches effectuées dans les laboratoires de la région parisienne (LULI, LOA, LCPMR, INSP, CPHT, LPGP).

Colorations : (iii) Fusion thermonucléaire magnétique

Dans nos sociétés de plus en plus énergivores et soumises au réchauffement climatique, la fusion thermonucléaire par confinement magnétique est actuellement un sujet d’intérêt majeur, à la fois sur le plan scientifique et sociétal.

À partir de 2025, le Tokamak ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) permettra d’étudier le premier plasma thermonucléaire entretenu sur de longs temps de confinement. En amont de ce projet international, la recherche fondamentale sur les plasmas de fusion par confinement magnétique fait appel à toute une panoplie de modélisations théoriques permettant de décrire la complexité de tels plasmas de très haute température :

- la MagnétoHydroDynamique (MHD) et la théorie des dérives, indispensables pour comprendre le principe du Tokamak (acronyme russe signifiant « chambre toroïdale à confinement magnétique »), et maîtriser le confinement d’un plasma ;

- la théorie cinétique, ainsi que la physique des interactions ondes-particules et de la propagation des ondes sont des outils de modélisation nécessaires pour étudier le chauffage des plasmas jusqu’à des températures optimales pour la fusion, de l’ordre de centaines de millions de degrés Kelvin ;

- la théorie des instabilités se développant dans les plasmas de tokamak permet de comprendre la turbulence et le transport de chaleur qu’elles engendrent, pour améliorer le confinement du plasma ;

L’approche théorique se conjugue à la simulation numérique, sur des calculateurs massivement parallèles, ou sur des moyens de calcul plus raisonnables, en utilisant des modèles réduits.

En parallèle, pour sonder et caractériser le plasma très chaud propice aux réactions de fusion, une grande variété de diagnostics ont été développés, dont l’importance est primordiale pour le pilotage d’un système aussi complexe qu’ITER. D’ores et déjà ceux-ci ont permis des avancées significatives dans la compréhension de nombreux phénomènes à l’oeuvre dans les plasmas de fusion magnétique, comme par exemple la transition entre modes de bas et de haut confinement.

Le Master PPF fournit les bases fondamentales pour l’étude des phénomènes physiques de fusion thermonucléaire par confinement magnétique, à la fois sur les plans théorique, numérique et expérimental, sans négliger les méthodes de diagnostics et les aspects plus technologiques.

Colorations : (iv) Plasmas Froids et de Procédés

Les plasmas froids sont des gaz faiblement ionisés qui, à l’inverse des plasmas de fusion, sont en état permanent de déséquilibre thermodynamique. Composés d’une part d’électrons énergétiques et d’autre part d’espèces lourdes (ions, métastables et espèces radiatives, radicaux libres) à basse température mais fortement excitées et réactives, ces plasmas présentent des propriétés physiques et chimiques fortement non linéaires, couplées et hors-équilibre.

Ils sont créés par des champs électromagnétiques continus, impulsionnels ou alternatifs, appliqués à des géométries d’électrodes et de réacteurs très variées, dans des milieux plasmagènes allant des gaz rares aux liquides en passant par des mélanges de molécules complexes. On parle alors de plasmas à couplage inductif, de décharges nanosecondes, de plasmas jets, de décharges à barrière diélectrique ou encore de plasmas de décharges HF ou micro-ondes. Cette variété offre des perspectives d’études fondamentales importantes, qu’elles soient expérimentales ou de modélisation : transferts et couplages d’énergie, dynamique de propagation d’ondes d’ionisation, cinétique hors équilibre, interactions plasma-surface, … Les échelles spatio-temporelles de ces études s’étendent du micron à plusieurs dizaines de centimètres et de la nanoseconde à la seconde ; elles nécessitent des techniques de mesure hautement résolues (spectroscopie d’émission, diagnostics lasers avancés, sondes électriques, …) et des modèles de simulation performants (modèles fluides ou particulaires (Particle-In-Cell), de dimensions et géométries diverses.

Au-delà de l’approche fondamentale, les plasmas froids sont étudiés pour répondre aux grands enjeux sociétaux et scientifiques de demain (environnement, énergie, spatial, santé, …), par leur intégration et leur optimisation dans des procédés et des applications industrielles innovants. A titre d’exemple, la propulsion électrique par plasma froid fait l’objet de nombreux travaux de recherche et d’innovation (PEGASE/I2, Propulseur à Effet Hall, …) afin de relever les défis posés par les missions spatiales de type nano-satellites, de vol habité ou encore de robotique exploratoire. Un autre grand domaine d'application est la micro-électronique (synthèse de composants par dépôt ou gravure par plasma) et plus généralement le génie des matériaux où les plasmas sont étudiés pour fonctionnaliser, texturer ou encore nettoyer des surfaces.

Dans un contexte d'urgence climatique et d'épuisement des ressources, les applications énergétiques et environnementales ont également un fort intérêt, comme l'étude de la rentrée atmosphérique, de la combustion assistée par plasma, du traitement des effluents gazeux et liquides, ou de la réduction des émissions de CO2. Enfin, les plasmas froids offrent des perspectives très prometteuses dans le domaine du vivant avec le développement de dispositifs thérapeutiques à jets de plasma pour la cancérologie, la dermatologie ou la décontamination. Très récemment, les procédés plasma sont étudiés en agriculture pour enrichir l’eau en espèces réactives et améliorer la croissance agronomique.

Lieu(x) d'enseignement

ORSAY

PARIS 05

PALAISEAU

Pré-requis, profil d’entrée permettant d'intégrer la formation

Master M1 de Physique et Ecole d'Ingénieurs

Compétences

Maîtriser et utiliser les savoirs spécialisés de la physique avec la rigueur scientifique requise.
S’informer et se documenter sur une problématique scientifique en sachant identifier des sources d’information pertinentes.
Mobiliser des savoir conceptuels, méthodologiques, numériques, techniques et pratiques utiles à la modélisation et la résolution de problématiques en physique ou à ses interfaces.
Conceptualiser, structurer et conduire de manière autonome un projet en physique et produire une analyse critique des résultats.
S’adapter à un environnement nouveau, travailler en équipe et collaborer afin d’atteindre des objectifs communs.
Synthétiser et communiquer efficacement dans deux langues dont l’anglais, et de manière adaptée au public visé.

Profil de sortie des étudiants ayant suivi la formation

90 % des étudiants obtiennent un financement de thèse et effectuent donc un doctorat pendant 3 ans dans un laboratoire de recherche en France ou à l'étranger.
Les étudiants restants (10%) soit s'orientent vers l'enseignement dans le secondaire ou la préparation de l'agrégation, soit trouvent un emploi de Recherche et Développement en entreprise.

Débouchés de la formation

Poursuite en thèse (90%), ou insertion professionnelle Bac + 5 (5%) ou enseignement (5%)

Le Master PPF couvre tous les domaines scientifiques relatifs aux plasmas et aux milieux ionisés. Il ouvre ainsi aux métiers de chercheur, d’enseignant-chercheur ou d’ingénieur dans le domaine de la recherche fondamentale ou appliquée, au sein de nombreux laboratoires universitaires, des Ecoles d’Ingénieurs, des organismes publics tels que le CNRS, le CEA, l’ONERA, le CNES ou encore des entreprises ayant une forte composante « Recherche et Développement » (Alcatel, Air Liquide, Thalès, EDF, IBM, PSA, Renault, Saint-Gobain, EADS, Safran, Snecma….).

Le débouché naturel est la préparation d’une thèse de doctorat, dans le cadre d’un contrat financé par une Ecole Doctorale d’un établissement d’enseignement supérieur, par les organismes de recherche publics ou privés, ou encore par des contrats CIFRE avec une entreprise. L’obtention du doctorat permet, après un post-doctorat effectué en général à l’étranger, d’intégrer l’enseignement supérieur, en tant que Maître de Conférences, ou les organismes de recherche et les entreprises, en tant que chercheur ou ingénieur « Recherche et Développement ».

Collaboration(s)

Laboratoire(s) partenaire(s) de la formation

Laboratoire de Physique des Plasmas
Laboratoire de physique des gaz et des plasmas
Institut d'astrophysique spatiale
Astrophysique, Instrumentation et Modélisation de Paris-Saclay - DRF/IRFU/DAp
Département d'Astrophysique - DRF/IRFU
Laboratoire Aimé Cotton
Observatoire des sciences de l'univers de l'UVSQ
Unité mixte de physique CNRS/Thales.

Centre de Physique Théorique
Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay
Laboratoire d'Optique Appliquée
Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales
Laboratoire d'Optique et Biosciences
Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses
Laboratoire de Physique des Interfaces et des Couches Minces.

Programme

Le S1 est formé d'un tronc commun et d'UES optionnelles, c'est-à-dire de deux groupes. Le premier est un groupe d'UEs obligatoires, le second un groupe d'ECTS au choix.

Matières	ECTS	Cours	TD	TP
Instrumentation, diagnostics et analyse des plasmas	3	18	0	24
Instrumentation, diagnostics et analyse des plasmas Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Instrumentation, diagnostics and analyses for plasmas ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 18 Travaux dirigés : 0 Travaux pratiques : 24 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : L'UE s'article de la manière suivante : - Une partie théorique de 18 heures dispensée par 3 enseignants à raison de 6h/enseignant. La partie théorique est articulée en trois thèmes : les diagnostics de spectroscopie, les diagnostics pour l'astrophysique et les techniques du vide et des écoulements gazeux - Une parthe expérimentale où chaque étudiant est amené à effectuer 3 TP parmi une dizaine de TP proposés parmi les colorations suivantes : . Un TP dure 8 heures et est encadré par un ou deux experts (chercheurs ou enseignants-chercheurs) du domaine ciblé. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Liste des thèmes théoriques de l'UE - Techniques des écoulements gazeux - Diagnostics spectroscopiques - Diagnostics de traitement du signal Liste des TP annuels (liste sujette à de légères modifications selon les années) TP1/ Spectroscopie UV de la courone solaire TP2/ Analyse spectrale de mesures de champ magnétiques turbulents dans l'espace interplanétaire TP3/ Outils pour la visualisation de données - Application aux plasmas naturels TP4/ Mesures de densités électroniques dans un plasma inductif par sonde micro-onde résonante TP5/ Mesures abolsues de densités d'argon métastable dans un micro-jet nanoimpulsionnel TP6/ Etude des propriétés dynamiques d'un de plasma froids atmosphérique - Applications à la biologie et la médecine TP7/ Dépôt de films métalliques minces par pulvérisation plasma TP8/ Interactions plasma-liquides TP9/ Mesures absolues de densités d'états excités dans une décharge d'oxygène TP10/ Observations d'instabilities dans les plasmas magnétisés toriques par sonde de Langmuir TP11/ Imagerie et spectroscopie de plasmas chauds créés par laser. Prérequis : * Niveau M1 en mathématiques. * Notions de spectroscopie et de traitement du signal. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre. Lieu(x) : ORSAY - PARIS - PALAISEAU
Magnétohydrodynamique	3	28	8
Magnétohydrodynamique Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Magnetohydrodynamics ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 28 Travaux dirigés : 8 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : Les enseignements se font par tranches de 3 heures. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : L’objectif de ce module consiste à présenter l’approche fluide de la MHD afin de décrire les processus physiques linéaires et non–linéaires dans les plasmas magnétisés. Quatre grandes parties sont abordées : les fondements de la MHD ; les processus physiques; les instabilités et le confinement; la turbulence. Bases de la MHD Introduction générale : Utilité de la MHD-Illustrations avec la dynamo et la fusion. MHD généralisée : Equations à partir du modèle bi-fluide - Validité de la théorie Lois de conservation : Masse, énergie, impulsion, hélicité magnétique-Théorèmes d’Alfvén - Topologie magnétique. Ondes : Tension magnétique–Force de Lorentz–description des ondes. Equilibres, instabilités et turbulence Équilibres et confinement magnétique : Equilibre cylindrique–Equi. torique (Grad-Shafranov)–Equi. sans force. Instabilités : Théorie perturbative et validité-Pincement en z/theta-Instabilité magnéto-rotationnelle dans les disques d’accrétion - Instabilité de déchirement. Reconnexion : Taux de reconnexion-Modèle de Sweet-Parker-Reconnexion avec effet Hall. Turbulence : Vent solaire et tokamak-Concepts et outils-Turbulence hydro et spectre de Kolmogorov-Turbulence MHD et spectre anisotrope. Prérequis : Masters de M1 de physique et Ecoles d'ingénieurs. Bibliographie : Polycopiés de cours. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Septembre - Octobre. Lieu(x) : PALAISEAU
Méthodes numériques	3	25	13
Méthodes numériques Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Numerical methods ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 25 Travaux dirigés : 13 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Equipe pédagogique : G. Bonnaud (CEA-INSTN) F. Jedrzejewski (CEA-INSTN). Déroulement et organisation pratique : Cours et projet numérique. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : 1) Contexte simulation et modélisation - 2) Outils mathématiques appliquées : consistance, stabilité schémas, résolution grands systèmles linéaires 3) Méthode particulaire 4) Eqns hydrodynamiques 5) Eqns ondes, Schrödinger, diffusion 6) Techniques Monte-Carlo 7) Simulation interaction faisceau de particules avec matière avec le code GEANT. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier. Lieu(x) : GIF-SUR-YVETTE
Ondes et instabilités	3	32	0
Ondes et instabilités Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Waves and Instabilities ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 32 Travaux dirigés : 0 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : Les cours se déroulent sur des plages horaires de 3 heures. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Différents types d'ondes peuvent se propager dans les plasmas. La connaissance des propriétés de leur propagation est donc primordiale. Dans certains cas le plasma devient instable et est le siège d’instabilités. Quelques exemples seront présentés. Après une première partie, deux directions sont traitées en parallèle : les plasmas naturels inhomogènes et l’Interaction Ultra-Haute Intensité. Ondes et instabilités (20h) Ondes en théorie fluide : Equations linéarisées. Relations des dispersion. Propagation des onde électromagnétique en milieu inhomogène. Absorption collisionnelle ou résonante dans le plasma. Ondes plasmas électroniques et acoustiques ioniques linéaires et nonlinéaires. Couplage résonant à trois ondes. Théorie cinétique des ondes électrostatiques : Equation de Vlasov linéarisée-Amortissement Landau–instabilité faisceau-plasma, double faisceaux, électromagnétiques et de Weibel. Plasmas magnétisés : Ondes électrostatiques et électromagnétiques-Résonances cyclotron–Onde électromagnétique en plasma faiblement magnétisé. Coloration plasmas naturels (10h) Plasmas inhomogènes. Ondes de dérive et micro-instabilités. Turbulence de Langmuir. Coloration UHI (10h) Electrons en présence d’une onde relativiste. Faisceau intense d’électrons dans un milieu dense. Prérequis : Niveau Master M1 de physique et Ecoles d'ingénieurs. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Septembre - Octobre - Novembre. Lieu(x) : PARIS - PALAISEAU
Outils pour les plasmas et la fusion	3	18	3
Outils pour les plasmas et la fusion Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Tools for plasmas and fusion ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 18 Travaux dirigés : 3 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : Le cours se décompose en deux parties entremêlées : (i) un cours avec un support visuel rédigé en anglais et (ii) des travaux dirigés portant sur la résolution des exercices d'annales d'examens. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Ce module d’introduction doit remplir trois objectifs : (i) lisser le niveau de l’ensemble de la promotion où certains étudiants auront déjà été initiés aux bases de physique des plasmas et d’autres non, (ii) offrir une introduction aux principaux outils et méthodes et (iii) faire percevoir la structure et l’identité de la discipline par-delà la déclinaison en plusieurs coloration (plasmas froids, chauds, …). Echelles de temps et de longueurs collectives dans les plasmas (Debye, Langmuir, London, Larmor, …)–Description des différentes approches utilisées en physique des plasmas suivant les échelles spatio-temporelles considérées–Théorie des orbites–Trajectoires des particules dans un plasma sans collision en présence de champs électromagnétiques uniformes et non uniformes, stationnaires et non stationnaires–Description des dérives associées (courbure, gradient, …)– Notion d’invariants adiabatiques-Mécanismes d’accélération (accélération de Fermi d’ordre 1 et 2) – Equation de Vlasov–Distribution hors équilibre thermodynamique–Dérivation des équations fluides et MHD–hypothèses et approximations des différents modèles-Diffusion ambipolaire. Prérequis : Masters M1 de Physique et Ecoles d'Ingénieurs. Bibliographie : Le but de cette bibliographie est juste de lister quelques ouvrages de référence qui ont servi à composer ce cours et couvrant la plupart des sujets de la physique des plasmas. 1.“Fundamentals of plasma physics” by J. A. Bittencourt, Publisher : Pergamon Press, Third edition, 2004. 2.“The theory of plasma waves” by T. H. Stix, Publisher : McGraw-Hill, New York, 1962. 3.“The adiabatic motion of charged particles” by T. G. Northrop, Publisher : Interscience, New York, 1963. 4.“Plasma Kinetic Theory” by D. C. Montgomery et D. A. Tidman, Publisher : McGraw-Hill Advanced Physics Monograph Series Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Septembre - Octobre. Lieu(x) : PARIS
Physique atomique, moléculaire et rayonnement	3	30	0
Physique atomique, moléculaire et rayonnement Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Atomic, molecular and radiation physics ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 30 Travaux dirigés : 0 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : Les cours se déroulent par tranche de 3 heures. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : La 1ère partie rappelle les bases quantiques de la physique atomique et moléculaire et les concepts de distributions des états. La 2ème partie établit les liens avec la physique statistique et introduit les éléments nécessaires à la modélisation de la cinétique atomique dans les plasmas. Introduction. Atome à 2 niveaux, modèle d’amplitude, matrice densité, populations diagonales et non diagonales, coefficients d’Einstein. Structure atomique et moléculaire. Atome hydrogénoïde et à électrons multiples, méthode d’Hartree-Fock, molécule H2+, approximation de Born Oppenheimer, ordres de grandeurs moléculaires Population des états atomiques et moléculaires. Fonctions de partition, équations d’état, distributions de Boltzmann, Maxwell, équilibre thermodynamique complet, local. Propriétés thermodynamiques des atomes. Processus collisionnels. Principe de microréversibilité, invariance CPT, collisions élastiques, excitation/désexcitation, ionisation/recombinaison, attachement/détachement électronique, transfert de charge, recombinaison radiative/photoionization, recombinaison diélectronique / Auger Rayonnement. Raies spectrales, loi de Planck, hydro-radiative, coefficients d’émission/absorption, rayonnement continu, équation de transport radiatif. Prérequis : Niveau M1 de physique et école d'ingénieur. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Septembre - Octobre - Novembre. Lieu(x) : PARIS - PALAISEAU
Théorie cinétique	3	30
Théorie cinétique Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Kinetic Theory ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Equipe pédagogique : JL Raimbault, M. Grech et P. Morel. Déroulement et organisation pratique : Cours par tranches de 3 heures. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Equations cinétiques : densité de probabilité, fonction de distribution, hiérarchie BBGKY, Liouville, Klimontovich, Boltzmann, Vlasov, Vlasov-Landau, Fokker-Planck, équilibre & moments; Plasmas non-collisionnels : modèles de Vlasov-Poisson & Vlasov-Maxwell, réversibilité, incompressibilité dans l’espace des phases, lois de conservation, théorie linéaire, interaction onde-particule, amortissement Landau, instabilités cinétiques, effets non linéaires, piégeage de particules; Plasmas collisionnels : collisions Coulombiennes, intégrales de collision, fréquences de collisions, coefficients de transport, conductivité électrique, chauffage et transport de la chaleur. Relaxation et transport dans les plasmas de tokamak Relaxation et transport dans les plasmas de décharges. Prérequis : Masters M1 de Physique et Ecoles d'Ingénieurs. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Septembre - Octobre - Novembre. Lieu(x) : PARIS - PALAISEAU

Matières	ECTS	Cours	TD
Confinement, chauffage et transport	3	21	0
Confinement, chauffage et transport Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Containment, heating and transport ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 21 Travaux dirigés : 0 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : Cours par tranches de 3 heures Examen à la mi-février. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : L'objectif de ce module est de présenter les principes fondamentaux de la fusion par confinement magnétique. Le module présente la problématique fondamentale de la fusion par confinement magnétique: le critère de Lawson, le choix du confinement magnétique, le principe de fonctionnement des dispositifs toroïdaux (tokamak, stellarator), les différentes limitations aux performances fusion, les possibilités d'action extérieures (importance des conditions au bord), le problème fondamental de la turbulence. Des sujets faisant l'objet de recherches actuelles comme la création de barrières de transport ou le passage dans le mode de confinement amélioré (mode H) seront présentés. Sur le plan des techniques d'analyse, on introduira la théorie cinétique et on présentera les fondements de la théorie quasi-linéaire. On posera les bases et l'importance du chaos hamiltonien. Mots-clés: confinement magnétique, fusion contrôlée, critère de Lawson, turbulence et contrôle, barrières de transport, conditions aux limites, théorie cinétique, théorie quasi-linéaire, transport, génération de courant, chauffage, trajectoires de particules et dérives en champ intense, chaos hamiltonien. Prérequis : Masters M1 de Physique, Ecoles d'Ingénieurs. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Décembre - Janvier - Février. Lieu(x) : PALAISEAU
Fusion par confinement inertiel	3	15	6
Fusion par confinement inertiel Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Inertial Fusion ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 15 Travaux dirigés : 6 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Equipe pédagogique : PEREZ Frédéric (LULI/CNRS) frederic.perez@polytechnique.edu. Déroulement et organisation pratique : Cours par tranche de 3 heures Examen à la mi-février. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Ce module expose les concepts généraux de la fusion par confinement inertiel: compression, chauffage, allumage, gain. L'hydrodynamique des plasmas créés par laser offre l'occasion d'aborder les notions d'écoulement auto-semblable ou de chocs. Les modes de transport de l'énergie, thermique ou radiatif, au sein de la cible sont détaillés. Principes de la fusion par confinement inertiel (FCI). Critère de Lawson pour la FCI - Fraction brûlée et gain - Compression - Allumage par point chaud - Attaque directe et indirecte - Schémas alternatifs d'allumage. Hydrodynamique des plasmas créés par laser. Structure de l'écoulement - Absorption du rayonnement - Ecoulement isotherme de la couronne - Couplage absorption-hydrodynamique-transport - Pression d'ablation - Effet fusée - Efficacité hydrodynamique - Implosion de la cible - Modèle de Kidder - Notions sur les chocs - Relations de Hugoniot. Conduction thermique électronique et transport radiatif. Théorie linéaire du transport thermique (Spitzer-Haerm) - Flux limite - Conduction non-linéaire et non-locale - Transport de l'énergie par le rayonnement - Hydrodynamique radiative. Prérequis : Masters M1 de Physique ou Ecoles d'Ingénieurs. Bibliographie : Polycopié de cours. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Décembre - Janvier - Février. Lieu(x) : PALAISEAU
Interaction laser-plasma	3	18	8
Interaction laser-plasma Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Laser plasma interaction ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 18 Travaux dirigés : 8 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Equipe pédagogique : Sylvie Depierreux Jérôme Faure. Déroulement et organisation pratique : Cours par tranche de 3 heures Examen à la mi février. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Pression de rayonnement et force pondéromotrice. Pression de rayonnement - Force pondéromotrice : approche fluide - Autres approches - Autofocalisation - Puissance critique – Introduction aux techniques de lissage optique (spatial et temporel). Couplage d'ondes. Couplage par la force pondéromotrice - Couplage par le courant non-linéaire – Diffusion Thomson-Equations de couplage de modes quadratiques - Instabilités paramétriques - Seuil d'instabilité - Taux de croissance - Instabilités convectives et absolues - Instabilités Raman et Brillouin – Applications à l’amplification d’impulsions courtes- Instabilité deux-plasmons - Stabilisation par lissage spatial et temporel. Ultra-haute intensité. Electron libre dans une onde ultra-intense - Indice relativiste et transparence induite – Auto-focalisation relativiste - Force pondéromotrice relativiste - Instabilités en régime relativiste - Effets d'électrodynamique quantique. Accélération de particules chargées. Sillage d'une impulsion laser intense dans un plasma peu dense - Accélération d'électrons - Régime de cavitation - Interaction avec une cible dense - Chauffage électronique - Accélération d'ions en face arrière. Prérequis : Idéalement: Masters M1 de Physique ou Ecoles d'Ingénieurs. Bibliographie : Polycopié de cours. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Décembre - Janvier - Février. Lieu(x) : PALAISEAU
Physique et diagnostics dans les plasmas de Tokamak	3	21
Physique et diagnostics dans les plasmas de Tokamak Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Physics and Diagnostics in Tokamak Plasmas ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 21 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Equipe pédagogique : P. Morel, P. Hennequin, C. Honoré. Déroulement et organisation pratique : Cours par tranches de 3 heures Examen à la mi-février. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : L'objectif est de présenter les différentes méthodes de caractérisation des plasmas de Tokamak, du coeur à la paroi, en reliant les observations marquantes aux phénomènes physiques. Partant d’observations expérimentales marquantes, la démarche constituera d’abord à comprendre la physique sous-jacente aux diagnostics utilisés (rayonnement, sondage par ondes, particules...). Puis, en prolongeant les enseignements de Tronc Commun, de comprendre les interprétations physiques proposées. Cette approche générale sera appliquée aux phénomènes suivants : - transition entre modes de bas et de haut confinement et régimes intermédiaires - divertor : échange de chaleur et de matière entre plasma et paroi - interactions entre flots et turbulence : l’exemple des modes acoustiques géodésiques Mots-clefs : profils et autres diagnostics pour le transport, diagnostics des fluctuations : réflectométrie, sondage par particules, rayonnement. Mode H, interaction flots-turbulence, extraction de puissance. Prérequis : Masters M1 de Physique et Ecoles d'Ingénieurs. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Décembre - Janvier - Février. Lieu(x) : PALAISEAU
Plasmas astrophysiques à haute densité d'énergie	3	21
Plasmas astrophysiques à haute densité d'énergie Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Astrophysical plasmas with high energy density ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 21 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : Les cours se déroulent par tranche de 3 heures. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Les objets et phénomènes astrophysiques impliquent des plasmas dans une très large gamme de conditions thermodynamiques. Des plasmas cinétiques au comportement de fluide magnétisé, des plasmas fortement couplés aux plasmas faiblements ionisés, les plasmas astrophysiques regroupent ainsi un grand nombre d'applications de la physique des plasmas, dans toute sa diversité. Dans ce cours, nous nous concentrerons sur les plasmas à haute densité d'énergie. Nous aborderons le processus de formation des étoiles ainsi que leur fonctionnement interne et leur évolution. Nous nous intéresserons notamment aux phénomène de jet lors de la formation stellaire, à la production d'énergie au sein de l'étoile formée et au transport cette énergie jusqu'à sa surface, aboutissant aux équations de la structure stellaire. Nous verrons ainsi quels sont les phénomènes physiques qui déterminent la structure des étoiles et quels sont les aspects pertinents de physique des plasmas. Tout au long de ce cours, nous ferons aussi référence aux travaux récents qui visent à reproduire certains phénomènes astrophysiques en laboratoire, en utilisant des lasers de haute énergie ou des machines à striction magnétique (Z-pinch). Prérequis : Masters M1 de physique et écoles d'ingénieurs. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Janvier - Février. Lieu(x) : PARIS
Plasmas froids basse pression	3	21
Plasmas froids basse pression Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Low pressure cold plasmas ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 21 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : Les cours se déroulent par tranche de 3 heures. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Ce module présente les plasmas hors-équilibre induits dans des réacteurs basse pression par des champs électromagnétiques continus, micro-ondes, radiofréquences ou impulsionnels. Généralités Terminologie des décharges - Modélisations basse pression - Décharges de Townsend et Loi de Paschen – Décharge luminescente - Lois de similitudes en pression Modèles fluides et cinétiques L’équilibre thermodynamique-Distributions maxwelliennes et non-maxwelliennes- Equations de conservation–Diffusion ambipolaire-Bilan de puissance et de matière-Electrodynamique (conductivité, permittivité, ondes) Plasma confiné par des parois Longueur de Debye et Critère de Bohm-Théorie des gaines-Gaines collisionnelles, ionisantes ou RF - Transport dans les plasmas - Tonks-Langmuir – Godyak – Schottky Couplage source d’énergie/plasma Plasmas Radiofréquence-Couplage capacitif, inductif, hélicon-Chauffage ohmique/stochastique - Plasmas micro-onde-Décharges magnétron non réactif / réactif (Modèle de Berg) - Plasma Magnétron Impulsionnel Haute Puissance (HiPIMS) - Plasmas denses magnétisés–Spokes. Prérequis : Niveau M1 de physique et école d'ingénieur. Bibliographie : B. Chapman, Glow discharge processes, J. Wiley, New–York, (1980). M A Lieberman & A J Lichtenberg, Principle of Plasma discharges and Materials processing, J. Wiley, N.Y., (1994). J. REECE ROTH, Industrial plasma engineering, volume 1, Institute of physics Publishing , Bristol and Philadelphia, (1995). D. Lundin, T. Minea, J T Gudmundsson, – High Power Impulse Magnetron Sputtering: Fundamentals, Technologies, Challenges and Applications - Elsevier, 2019. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Janvier - Février. Lieu(x) : ORSAY - PALAISEAU
Plasmas froids haute pression	3	15	6
Plasmas froids haute pression Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : High pressure cold plasmas ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 15 Travaux dirigés : 6 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Tardiveau Pierre Déroulement et organisation pratique : Le cours s'articule en 7 séances de 3h de cours-TD. L'évaluation finale se fait par un examen écrit. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Ce cours vise à décrire les concepts fondamentaux associés aux plasmas hors-équilibre à haute pression reposant sur l'importance que prennent les collisions entre espèces (électrons/espèces lourdes) et leurs effets sur les caractéristiques macroscopiques. L'augmentation du nombre de collisions induit une ionisation beaucoup plus localisée et beaucoup plus rapide que dans le cas des basses pressions, ce qui conduit à la création de plasmas fortement inhomogènes et instables. Les collisions donnent également à ces plasmas des propriétés de réactivité chimique particulières pouvant servir pour de nombreuses applications. 1) caractéristiques des plasmas haute pression et écarts par rapport aux lois valables à basse pression, mécanismes de création (charge d'espace, streamers, onde d'ionisation, critère de Meek), diagnostics et modèles. 2) propriétés réactionnelles et radiatives de ces plasmas (cas des plasmas d'air), distribution et relaxation de l'énergie sur les différents niveaux d'excitation des atomes et molécules (électroniques, vibrationnels, rotationnels), diagnostics. 3) stabilisation et homogénéisation des plasmas à haute pression. Génération de plasmas en conditions extrêmes. Prérequis : Connaissance des principaux concepts, outils et méthodes de la physique des plasmas froids. Ecrantage, collisions, relaxation, multiplication et transport dans les plasmas de décharge. Modèles fluides et cinétiques. Prise en compte des collisions élastiques, inélastiques et réactives Base de la physique atomique et moléculaire. Caractéristiques des processus collisionnels élémentaires. Bibliographie : Gas discharge physics, Y.P. Raizer, Springer Verlag (1991) Non equilibrium air plasmas at atmospheric pressure, K.H. Becker, Series in Plasma Physics, IOP (2005) Plasma Chemistry and Catalysis in Gases and Liquids, Dr Vasile, Wiley?VCH Verlag (2012). Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Décembre;Janvier;Février. Lieu(x) : ORSAY
Plasmas spatiaux	3	21
Plasmas spatiaux Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Space Plasmas ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 21 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : Les cours se déroulent sur des tranches de 3 heures. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Ionosphères - Magnétosphères - Frontières et discontinuités - Mouvement des particules et accélération. Prérequis : Masters M1 de physique et écoles d'ingénieurs. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Décembre - Janvier - Février. Lieu(x) : PALAISEAU

AU S2, doit choisir un groupe de deux UEs parmi les 4 proposés et un stage.

Matières	ECTS	Cours	TD	TP	Cours-TD	Cours-TP	TD-TP	A distance	Projet	Tutorat
Stage	24
Stage ECTS : 24 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur :

Matières	ECTS	Cours	TD	TP
Magnétisme solaire et héliosphérique	3	0		36
Magnétisme solaire et héliosphérique Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Solar and heliospheric magnetism ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 0 Travaux pratiques : 36 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : Après une première séance dédiée à une introduction aux concepts généraux et à quelques sujets sensibles de la CFD (Computational Fluid Dynamics), et à une présentation au code OHM qui sera utilisé, l’UE se déroulera essentiellement en la conduite de projets de type TP numérique, un par binôme. Au terme de l’UE il sera demandé à chaque binôme de produire un court rapport d’une douzaine de pages et d’en présenter les résultats devant tout le groupe. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Des simulations seront faites dans le cadre physique de la MHD (Magnétohydrodynamique). Chacun de projets visera à modéliser en deux dimensions des comportements liés à la magnéto-convection à l’interface entre l’intérieur et l’extérieur d’une étoile. Prérequis : Aucune connaissance préalable n’est requise dans les langages FORTRAN et GDL (le peu de programmation qui sera demandé n’impliquera que quelques lignes). Cependant une connaissance générale de LINUX et de la MHD est fortement recommandée. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Mars - Avril. Lieu(x) : PARIS
Plasmas astrophysiques dilués	3	30	0
Plasmas astrophysiques dilués Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Astrophysical Plasmas ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 30 Travaux dirigés : 0 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : Cours par tranche de 3 heures Examen à la mi-mars. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Il s’agit d’un module d’approfondissement sur les plasmas astrophysiques dilués comme ceux du milieu interstellaire. Il reprend en partie les notions introduites dans le TC (sur la MHD par exemple) et s’attache à décrire des objets plutôt que des processus. Introduction générale. Forme conservative des équations de la MHD idéale, le milieu interstellaire, discussion qualitative de la turbulence interstellaire et des simulations numériques. Processus de refroidissement et instabilité thermique. Approche bi–fluide, propagation d’ondes d’Alfvén avec des neutres. Correction non–idéale de la MHD.Masse et longueur de Jeans. Théorème de Viriel, cas des nuages isothermes, effet du champ magnétique. Disques d’accrétion : instabilité magnéto–rotationnelle (MRI), critère de Toomre. Ejection de masse : jets et matière non relativiste. Prérequis : Master M1 de Physique, Ecoles d'Ingénieurs. Bibliographie : Polycopié de cours. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Mars - Avril. Lieu(x) : PALAISEAU

Matières	ECTS	Cours	TD	TP
Hydrodynamique de la Fusion Inertielle	3	12	8	14
Hydrodynamique de la Fusion Inertielle Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Inertial Fusion Hydrodynamics ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 12 Travaux dirigés : 8 Travaux pratiques : 14 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Compression d'une coquille du combustible : mise en vitesse, implosion et stagnation, diagramme de marche - Rendement hydrodynamique pour une cible sphérique - Evolution d’un point chaud: transport thermique, transport radiatif et la production des particules alpha - Méthodes de modélisation en FCI - Introduction au code d'hydrodynamique radiative CHIC - Description des modules du code : hydrodynamique lagrangienne, transport thermique, transport radiatif, absorption laser par « ray tracing », équations d'état et opacités, module MHD, réaction de fusion - Allumage rapide et physique du transport des électrons rapides - Modélisation hybride pour l'allumage rapide. Prérequis : Master M1 de Physique, Ecoles d'Ingénieurs. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Mars - Avril. Lieu(x) : Université de Bordeaux
Lasers de puissance et de haute énergie	3	12	8	14
Lasers de puissance et de haute énergie Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : High energy and power Lasers ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 12 Travaux dirigés : 8 Travaux pratiques : 14 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Technologie laser Historique des lasers. Lasers de haute énergie, de haute Intensité. Matériaux pour les éléments optiques de la fin chaîne. Diagnostics des lasers dans un environnement radiatif. Exemples LIL et LMJ. Architectures des lasers et chaînes amplificatrices Les chaînes amplificatrices du LIL et du LMJ : mise en œuvre et diagnostic. Lasers à haute énergie et à impulsions très brèves : conception et dimensionnement d’un laser PW, management des grands lasers : LMJ ET PETAL. Le logiciel Miro Conception et dimensionnement d’une chaîne laser avec le logiciel Miro. Travaux expérimentaux sur les lasers Lissage, alignement et interférométrie; Interféromètre de Mac-Zehnder; Amplification, Conversion de fréquence. Prérequis : Masters M1 de Physique, Etudiants Grandes Ecoles. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Mars - Avril. Lieu(x) : Université de Bordeaux

Matières	ECTS	TP	Cours-TP
Physique avancée pour les Tokamaks	3		40
Physique avancée pour les Tokamaks Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Advanced physics for Tokamaks ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours TP : 40 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : Le travail s'effectue en petits groupes supervisés par des chercheurs de l'IRFM. Les 3 premiers jours sont consacrés à des cours qui exposeront les sujets étudiés pendant les étapes suivantes et les méthodes de travail (en particulier les lois d'échelle, les régimes opérationnels et l'interaction plasma-paroi). Lors de la première étape du travail en groupe, des objectifs de performance de fusion et quelques contraintes seront donnés à tous les groupes. Lors de la deuxième étape, chaque groupe sera chargé d'examiner une question particulièrement importante pour l'ingénierie ou pour la physique. Chaque groupe est encadré par un expert du sujet. Pendant tout le travail en groupe, les encadrants sont présents et disponibles. Pendant les deux semaines, les étudiants sont encouragés à interagir avec les autres groupes et à interroger tous les chercheurs de l'IRFM qui peuvent les aider dans leur travail. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : L'ambition de ce module est de donner aux étudiants une vision intégrée du tokamak, de rendre tangible l'interdépendance de la physique des plasmas, de l'interaction plasma-paroi, des matériaux et des supraconducteurs dans la définition des caractéristiques d'un réacteur de fusion. Le moyen consiste à répondre à la question suivante: comment "dimensionner un tokamak" étant donnés les objectifs qui lui sont assignés, principalement ici en termes de puissance fusion et d'efficacité énergétique ?. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Mars - Avril. Lieu(x) : INSTN Cadarache
Tokamaks : expérimentation	3	40
Tokamaks : expérimentation Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Tokamaks : expérimentation ECTS : 3 Détail du volume horaire : Travaux pratiques : 40 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Glow Discharge characterization Inner wall monitoring with the Articulated Inspection Arm Lower Hybrid mode conversion Magnetic measurements Numerical models Qualification of Plasma Facing Components Reflectometry diagnostic Superconductivity Thermo-desorption Tokamak experiment on Golem – remote Tokamak experiment on Compass – remote Tokamak experiment on Tore Supra – data base. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Mars - Avril. Lieu(x) : INSTN Cadarache

Matières	ECTS	Cours	TD
Plasmas pour l'énergétique et l'aérospatiale	3	30
Plasmas pour l'énergétique et l'aérospatiale Langues d’enseignement : FR/AN Intitulé de l’UE en anglais : Plasmas for aerospace and energetics ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Déroulement et organisation pratique : Cours par tranches de 3 heures Examen à la mi-mars. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Types de décharges et réacteurs - Décharges continues - Décharges AC et pulsées (RF, MW, DBD, plasma jets, nanosecondes) - Description fluide des plasmas haute pression - Rappels sur les équations de conservation - Equations de dérive-diffusion - Rappels sur les propriétés de transport – Rappels sur mobilité et diffusion libre - Diffusion ambipolaire – Gaines - Conductivité électrique - Permittivité diélectrique - Mécanismes de cinétique chimique - Collisions électroniques / lourds – EEDF – Microréversibilité - Réactions types (ionisation, dissociation, excitation, transfert, quenching) Schémas cinétiques. Application A : décharges dans l’air : décharges continues et décharges nanosecondes - Application B : effets électro-hydrodynamiques - Application C : combustion assistée par plasma - Application D : conversion énergétique - Introduction à la rentrée atmosphérique - Application E : calcul simplifié du flux radiatif sur un vaisseau spatial lors de la rentrée atmosphérique - Application F : absorption, réflexion d’ondes par un plasma - Blackout. Prérequis : Masters M1 de Physique, Ecoles d'Ingénieurs. Bibliographie : Polycopié de cours. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Mars - Avril. Lieu(x) : ORSAY
Plasmas pour les matériaux, l'environnement et la biomédecine	3	27	5
Plasmas pour les matériaux, l'environnement et la biomédecine Langues d’enseignement : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Cours : 27 Travaux dirigés : 5 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinateur : Equipe pédagogique : Joao Santos Sousa, Chercheur, LPGP Thierry Dufour, Maître de Conférences, Paris-Sorbonne Nicole Simiand, Chercheur, LPGP Mike Kirkpatrick, Maître de Conférences, Centrale-Supelec Emmanuel Odic, Professeur, Centrale-Supelec. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : L’objectif de ce module est de présenter les principes physiques, les avancées et les verrous technologiques de l’application des plasmas hors-équilibre à basse et haute pression pour les matériaux, l’environnement, la biomédecine et l’agriculture. 1) Cinétique et réactivité secondaire hors-équilibre à basse et haute pression: espèces secondaires, physique de post-décharge, schémas cinétiques et modélisation de la réactivité 2) Diagnostics en post-décharge : mesures d’espèces à courte ou longue durée de vie, mesure de températures. Différents types diagnostics : Laser (LIF), spectroscopie d’émission, d’absorption, de masse 3) Overview des différentes applications : traitement des matériaux et surfaces (nanoparticules, gravure, pulvérisation, dépôt,…), dépollution (DECOV, DeNOX, catalyse), biomédical (décontamination/stérilisation, essais in vitro/in vivo/cliniques), agriculture. 4) Mise en oeuvre des décharges pour les applications : DBD (rôle du diélectrique, calcul du courant, phénomènes d’auto-organisation), Microplasmas (MHCD), Plasmas-jets et streamers guidés. 5) Physique des décharges dans les liquides et chimie induite en phase liquide 6) Plasmas et chimie des surfaces 7) Diagnostics pour la chimie, la biologie et l'analyse des matériaux. Prérequis : Physique des plasmas froids à basse et haute pression Masters M1 de Physique et Ecoles d'Ingénieurs. Bibliographie : Plasma Chemistry, Alexander Fridman, Cambridge University Press Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, Michael A. Lieberman and Allan J. Lichtenberg, Wiley-Interscience Gas Discharge Physics, Yuri P. Raizer, Springer. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Période(s) : Mars - Avril. Lieu(x) : ORSAY

Modalités de candidatures

Période(s) de candidatures

Du 01/03/2024 au 15/07/2024

Pièces justificatives obligatoires

Copie pièce d'identité.
Lettre de motivation.
Tous les relevés de notes des années/semestres validés depuis le BAC à la date de la candidature.
Curriculum Vitae.
Descriptif détaillé et volume horaire des enseignements suivis depuis le début du cursus universitaire.

Pièces justificatives complémentaires

Dossier VAPP (obligatoire pour toutes les personnes demandant une validation des acquis pour accéder à la formation) https://www.universite-paris-saclay.fr/formation/formation-continue/validation-des-acquis-de-lexperience.
Fiche de choix de M2 (obligatoire pour les candidats inscrits en M1 à l'Université Paris-Saclay) à télécharger sur https://urlz.fr/i3Lo.
Document justificatif des candidats exilés ayant un statut de réfugié, protection subsidiaire ou protection temporaire en France ou à l’étranger (facultatif mais recommandé, un seul document à fournir) :
- Carte de séjour mention réfugié du pays du premier asile
- OU récépissé mention réfugié du pays du premier asile
- OU document du Haut Commissariat des Nations unies pour les réfugiés reconnaissant le statut de réfugié
- OU récépissé mention réfugié délivré en France
- OU carte de séjour avec mention réfugié délivré en France
- OU document faisant état du statut de bénéficiaire de la protection subsidiaire en France ou à l’étranger.

Contact(s)

Responsable(s) de la formation

Pierre MOREL - pierre.morel@universite-paris-saclay.fr

Sebastien GALTIER - sebastien.galtier@universite-paris-saclay.fr

Secrétariat pédagogique

Claude Rabot - claude.rabot@universite-paris-saclay.fr

Valérie BOILLEVIN - valerie.boillevin@upmc.fr