Anna Grassi, lauréate du prix René Pellat 2018

Sa thèse, intitulée " Collisionless shocks in the context of laboratory astrophysics "  a été  effectuée sous la direction de Caterina Riconda (LULI, Université Pierre et Marie Curie) ainsi que par Andrea Macchi et Franceco Pegoraro (CNR/INO, Université de Pise) . Elle a visé à une compréhension fine de cette instabilité tant sur le plan académique que dans des scénarios d’interaction laser-plasma ou astrophysiques.  

Les micro-instabilités induites lors de l’interpénétration de plasmas de grande vitesse ont été abondamment étudiées ces dernières décennies, du fait de leur omniprésence dans les plasmas naturels et artificiels. Une catégorie particulière d’instabilités, mise au jour par Weibel et qui se manifeste par la formation de filaments magnétisés, suscite un intérêt de longue date en raison de son influence pressentie sur le transport des particules dans l’interaction laser-plasma relativiste ainsi que dans des systèmes astrophysiques de haute énergie. Dans ces derniers, l’instabilité « de Weibel » aboutirait à la création d’ondes de chocs « non-collisionnelles », tenues notamment responsables de la production des rayons cosmiques. Trois études majeures constituent son travail de thèse : - La première porte sur la dynamique de l’instabilité de Weibel en présence d’un champ magnétique longitudinal : les phases linéaire et non-linéaire sont analysées de façon analytique ainsi qu’au moyen de simulations particle-in-cell (PIC). Les mécanismes de saturation, peu explorés à ce jour dans le régime magnétisé, sont examinés et expliqués en détail, de même que divers effets thermiques et dimensionnels.

- La deuxième étude, d’intérêt plus pratique, cherche à identifier une configuration d’interaction laser-plasma relativiste optimale pour une croissance rapide de l’instabilité de Weibel ionique, et non polluée par des instabilités concurrentes. Les simulations PIC 2D et 3D présentées démontrent l’intérêt d’un laser en incidence oblique et de polarisation « S » pour affaiblir une instabilité surfacique contrariant, par le chauffage électronique qu’elle cause, l’instabilité de Weibel. Cet effet bénéfique est lié à l’excitation d’un courant électronique transverse dont le rôle stabilisateur est ici pointé pour la première fois.

- La troisième étude traite de la création d’ondes de choc lors du télescopage de deux plasmas de paires électron-positron relativistes, en présence d’un champ magnétique perpendiculaire. Les problèmes de stabilité numérique posés par cette configuration ont d’abord obligé à une série de perfectionnements algorithmiques dans le code PIC SMILEI employé par Anna Grassi. Sur le plan physique, contrastant avec des travaux antérieurs, une définition originale du temps de formation du choc est proposée, basée à la fois sur l’isotropisation et la compression du plasma incident, telle que prédite par les relations de Rankine-Hugoniot. En régime non ou faiblement magnétisé, le critère d’isotropisation s’avère le plus contraignant, à l’inverse de ce qui se produit à forte magnétisation.

Ce travail de très grande qualité et à l’ampleur remarquable, consacré par plusieurs articles publiés dans Physical Review E et MNRAS, s’illustre par une rare combinaison de développements analytiques, d’études numériques et de raffinements numériques, tous menés avec une rigueur exemplaire. Les nombreux résultats obtenus, d’un grand intérêt fondamental comme dans le domaine émergent de l’astrophysique de laboratoire, sont par ailleurs rassemblés dans un mémoire excellemment rédigé, qui témoigne d’une maturité scientifique peu commune. 

Lien vers la thèse d'Anna Grassi :

http://web.luli.polytechnique.fr/THESES/Grassi_PhD_2017.pdf

Membres du Jury : 
Titaina Gibert, présidente de la division Plasmas
Christian Grisolia 
Yannick Marandet
Emmanuel d’Hummière, secrétaire de la division
Laurent Grémillet, trésorier de la division
Joao dos Santos Sousa
Etienne Parriat
Grégory Marcos
Daniele Del Sarto

Précedent(e)s lauréat(e)s :

Cliquer ici