(Astro)Physique : Hydrodynamique et MHD

Description

Ce cours d'hydrodynamique fait partie d'une série de cours de physique qui vous donnera les bases nécessaires pour aborder l'astrophysique.

L'hydrodynamique explique les mouvements des fluides sous l'influence de forces comme la pression ou la gravité. Lorsque les mouvements se font en présence de champ magnétique, dans un gaz ionisé appelé plasma et comportant des courants électriques, on parle de "magnéto-hydrodynamique" ou MHD.

Dans la première partie du MOOC, nous étudierons les mouvements des fluides puis l'effet des forces à partir de l'équation d'Euler. Nous traiterons les écoulements incompressibles avec la loi de Bernoulli. Nous rappellerons quelques notions de thermodynamique nous permettant d'introduire les bilans énergétiques.

Dans la seconde partie, nous examinerons l'influence du champ magnétique (présent dans les étoiles ou les machines de laboratoire telles les tokamaks) et aborderons la notion de reconnexion magnétique. Nous terminerons par la propagation des ondes acoustiques ou magnétiques dans un fluide, sans oublier les chocs hydrodynamiques.

De nombreux exemples d'hydrodynamique seront tirés de la vie courante ou du soleil qui constitue un formidable laboratoire de MHD.

Nous proposons pour ceux ne connaissant pas des notions d'analyse vectorielle comme les opérateurs (divergence, rotationnel...) ou les théorèmes de Stokes et d'Ostrogradski, un pré-MOOC de deux semaines avec les notions d'analyse vectorielle indispensables à la compréhension de ce cours.

Format

Parcours (Astro)Physique

Ce cours de physique, de niveau L2/L3, est le deuxième d'une série de cours dédiés à la Physique permettant d'acquérir les bases nécessaires pour comprendre plus en profondeur l'astrophysique. Le premier Électomagnétisme est également disponible sur FUN.

Collection "Comprendre et Structurer l'Univers"

Le parcours (Astro)Physique vient appuyer la collection de MOOCs thématiques "Comprendre et Structurer l'Univers" à venir, proposée par l'Observatoire de Paris et PSL. Cette collection est réalisée par G. Bessou et T. Boulogne de la cellule TICE de l'Observatoire de Paris et est coordonnée par C. Balkowski et M. Puech, astronomes à l'Observatoire de Paris.

Prérequis

Ce cours s’adresse à tous ceux qui veulent maîtriser les bases de physique nécessaires pour comprendre les mécanismes qui sont à l’oeuvre dans l’Univers. Étudiants, enseignants, amateurs d‘astronomie, vous êtes tous les bienvenus.

Ce cours est d’un niveau L2 scientifique (L3 pour la partie MHD). En particulier, il est recommandé d'avoir
- en mathématiques : des notions de géométrie (repère cartésien, vecteur, norme) de trigonométrie et d'analyse (fonctions à plusieurs variables, intégration, équations différentielles) et d'analyse vectorielle (voir pré-MOOC),
- en physique : des notions de cinématique (vitesse et accélération), de dynamique (force, travail, puissance), d'électricité (courant, intensité) et champs magnétiques.

Evaluation et Certification

Ce MOOC ne délivre pas de certification mais une attestation pour ceux qui auront suivi le cours jusqu'au bout avec succès. À la fin de chaque chapitre, une évaluation ainsi que des exercices vous seront proposés pour évaluer les savoirs acquis, les apprenants ayant une note moyenne de 70% sur l'ensemble des évaluations et des exercices se verront décerner l'attestation.

Plan de cours

Pré-MOOC : Analyse vectorielle

Semaine 1 : Méthodes de mesure du champ des vitesses, Équation de conservation de la masse et Cinématique des fluides

Semaine 2 : Hydrostatique et Équation du mouvement

Semaine 3 : Équation d'état du gaz parfaite et Équation de conservation de l'énergie

Semaine 4 : Écoulement MHD

Semaine 5 : Diffusion et advection des champs magnétiques

Semaine 6 : Ondes de pression et ondes magnétiques, Chocs hydrodynamiques et application au soleil

Équipe pédagogique

Jean-Marie Malherbe

Catégories

Astronome, Observatoire de Paris, LESIA Spécialiste de physique du Soleil, il travaille avec le plus puissant télescope spatial dédié à l'observation du soleil, le satellite JAXA/NASA HINODE (SOLAR B) lancé en 2006.

Marion Grould

Catégories

ATER, Observatoire de Paris, LESIA Attachée temporaire d'enseignement et de recherche, elle travaille avec l'instrument GRAVITY installé depuis peu au Very Large Telescope au Chili dont l'objectif principale est d'observer les étoiles en orbites proches du centre de notre galaxie, la Voie Lactée.

Licence

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