Fabrice Mottez

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Directeur de recherches au CNRS au Laboratoire Univers et THéories (LUTH), à l'Observatoire de Paris.

Cours d'option O3 sur les plasmas spatiaux au master de physique des plasmas

Conférences publiques à venir

Cycle de conferences « Astronomie : avancées récentes et grands projets » à Versailles

-9 octobre 2018- Fête de la science, conférence publique au lycée Descartes à Tours, "Les relations agitées de la Terre et du Soleil révélées par les aurores polaires".

-20 octobre 2018- Conférence au Festival de la Lune à Saint Viaud, en Loire Atlantique.

- 9 février 2019- Deux conférences dans le cadre "Les sciences des livres" à Chenevière sur Marne et Le Perreux sur Marne.

Dans les régions proches des cercles polaires, le ciel nocturne offre de fabuleux spectacles. Avec un peu de chance et une météo clémente, les visiteurs y admirent de grands voiles colorés danser d'un horizon à l'autre. Ce sont les aurores polaires, aussi appelées aurores boréales dans l'hémisphère Nord, et aurores australes dans l'hémisphère Sud. Quelle est l'origine de ces gigantesques parades lumineuses ? Il a fallu attendre l'avènement de l'ère spatiale pour acquérir les premiers indices fiables sur leur origine. En effet, bien que les aurores se manifestent à moins de 400 kilomètres au-dessus de nos têtes, elles sont issues d'un phénomène qui englobe l'environnement lointain de la Terre, jusqu'à plus de 100 000 kilomètres de distance. Le moteur des aurores est un vent peu dense et très rapide provenant du Soleil, qui a des relations agitées avec le champ magnétique de notre planète ! Mais aujourd'hui encore, de fausses explications circulent sur les aurores. Dans cet ouvrage, je traque les idées reçues. Page après page, j'explique la machinerie invisible et silencieuse, mais turbulente et brusque, à l'origine des aurores. L'ouvrage est abondamment illustré de figures explicatives et de photographies d'aurores, depuis celles prises les pieds dans la neige avec un simple appareil photo, à celles issues de caméras spécialisées embarquées à bord de sondes spatiales. Paru le 26 mai 2017. 25 euros.

Ouvrages pour le grand public

"2012 Scénarios pour une fin du monde" par Didier Jamet et Fabrice Mottez. Ed Belin, 2009. Répondant aux questions des internautes sur le site internet "Ciel des hommes", le journaliste Didier Jamet et moi avons reçu des dizaines de questions sur la rumeur de fin du monde en 2012. Nous avons alors décidé d'y répondre avec un livre avec de vrais morceaux de science dedans. En 2013, la rumeur est passée (d'autres suivront) mais la science décrite dans le livre est toujours d'actualité.

Mangas sur l'environnement de la Terre ""Une aurore, qu'est-ce que c'est ?" et "Qu'est-ce que le champ géomagnétique ?"

Deux mangas japonais, dessinés par Hayanon, traduits (de l'anglais) par Fabrice Mottez. (Projet CAWSES). Cliquer sur les images pour les télécharger (11 Mo).

Depuis leur découverte en 2007, les impulsions radio rapides (5 millisecondes) restent très mystérieuses pour les astronomes. Elles semblent provenir de galaxies situées à des centaines de millions d'années lumière, et il est difficle de comprendre quel phénomène pourrait causer des ondes radio observables de si loin. Plusieurs théories ont été proposées, faisant intervenir des collisions d'étoiles, mais les signaux radio devraient alors être accompagnés d'émissions à d'autres longueurs d'onde, qui n'ont pas été observés. Avec Philippe Zarka, je propose une autre explication, liée aux pulsars. Elle fait intervenir des compagnons en orbite en interaction avec le vent du pulsar. Des effets relativistes permettraient d'expliquer comment on peut voir une telle source aux très grandes distance, tout en expliquant la relative rareté des FRB. Ce modèle prévoit que des impulsions radio sont émises du même objet avec la période orbitale du compagnon. Depuis la publication de notre modèle, des FRB se répétant ont été observés, mais leurs répétitions ne se produisent pas de manière périodique. Seraient-ils produits par un essaim de compagnons ?

Ouvrage pour étudiants et spécialistes

"Collisionless Plasmas in Astrophysics", Gérard Belmont, Roland Grappin, Fabrice Mottez, Filippo Pantellini, Guy Pelletier, Editions Wiley, ISBN : 978-3-527-41074-3, 422 pages, 2013. Collisionless Plasmas in Astrophysics examines the unique properties of media without collisions in plasma physics. Experts in this field, the authors present the first book to concentrate on collisionless conditions in plasmas, whether close or not to thermal equilibrium. Filling a void in scientific literature, Collisionless Plasmas in Astrophysics explains the possibilities of modeling such plasmas, using a fluid or a kinetic framework. It also addresses common misconceptions that even professionals may possess, on phenomena such as "collisionless (Landau) damping". Abundant illustrations are given in both space physics and astrophysics.

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Domaines d'activité scientifique

• PUBLICATIONS SCIENTIFIQUES

Magnétosphère des pulsars, interaction avec les compagnons de pulsars

Etude des processus dans la magnétosphère des pulsars. Etude des interaction entre le vent d'un pulsar et des objets en orbite. Application aux sursauts radio rapides (FRB) et aux pulsars extrêmement intermittents.

Processus radiatifs dans les magnétosphères de pulsar

Production de paires électron-positron par collision de photons gamma avec les photons thermiques du pulsar: on tient compte de l'anisotropie de la distribution des photons thermiques. Calcul du rayonnement de particules chargées les long de lignes de champ magnétiques courbes (synchrocourbure) dans le formalisme de l'électrodynamique quantique (QED). Ces études ont été menées dans le cadre de la thèse de Guillaume Voisin.

La vie pas si simple des aurores boréales et australes.

Ci-dessous, quelques présentations générales, pour étudiants et chercheurs non spécialistes.

• "Séminaire sur la physique des aurores polaires.", 2006-2007.
• On peut en voir la vidéo enregistrée à l'Ecole Normale Supérieure.

Processus d'accélération dans les magnétosphères de la Terre et de Jupiter

Simulation numérique de processus d'accélération dans la zone aurorale de la Terre. Interaction d'une onde d'Alfvén avec un gradient de densité dans la zone aurorale.

Emissions radio de Jupiter, interactions entre Jupiter et son satellite Io.

Acclération des électrons dans la magnétosphère jovienne au voisinage du satellite Io, lien avec les sursauts radio milliseconde et les aurores au pied du tube de champ d'Io. Travaux menés dans le cadre de la thèse de Sébastien Hess.

Plasmas spatiaux : Modèles cinétiques des discontinuités tangentielles

Développement de modèles théoriques, analytiques, cinétiques (équations de Maxwell-Vlasov) d'équilibres tangentiels. Ces modèles sont applicables aux cavités de plasma de la zone aurorale, et à des équilibres rencontrés dans la queue de la magnétosphère terrestre.

Physique fondamentale des plasmas

Effet Landau : on peut le redémontrer sans recours aux concepts étranges de "vitesse dans le plan complexe" généralement invoqués. Co-auteur de l'ouvrage universitaire Collisionless Plasmas in Astrophysics.

Simulation numérique des plasmas spatiaux

Développement et utilisation de codes de simulation particulaire des plasmas non collisionnels. Code PIC électromagnétique implicite ou explicite 2D pour des plasmas magnétisés. Code PIC explicite perfurbatif (code "delta f").

Turbulence et petites structures cohérentes dans la magnétosphère

Structures cohérentes dans la queue, déclenchées par une instabilité de double faisceau électronique. Une source possible pour le bruit électrostatique à large bande.

Développement instrumental

Des contributions modestes.

On y trouve une petite introduction générale, des choses sur les équations de Maxwell dans les plasmas, quelques développement asymptotiques utiles (pas forcément triviaux), et des choses sur les équations fondamentales, MHD, multifluides etc. On trouve aussi un chapitre sur les champs et les coordonnées dipolaires, quelques ordres de grandeur (très incomplet),et un formulaire général.

en format pdf (il manque quelques rares images)

en format postscript.

Autres publications

• "Penser le ciel" revue Prétentaine, numéros 25:26, "modes de penser", 2009. (28 euros. Commande : 28, av. Robert-André Vivien, 94160 Saint-Mandé.)
• "2012 Scénarios pour une fin du monde", Didier Jamet et Fabrice Mottez, Editions Belin, 2009.

• Membre du Conseil national des Astronomes et Physiciens (CNAP) -section Astronomie - (2011-2013). Membre du bureau, webmestre.
• Membre du conseil scientifique du Programme National Soleil-Terre (PNST) de l'Institut National des Sciences de l'Univers (INSU) (2010-2014).
• Membre du conseil de laboratoire du LUTH (2010-).
• Responsable du groupe "Fluides et Plasmas Astrophysiques" au LUTH (2007-2008).
• Comité Scientifique de l' ASSNA (Simulation en Astrophysique)(1999-2007)
• Conseil Scientifique de l'Observatoire de Paris (2003-2006)

Space Bus Maroc 2016

Pendant trois semaines, un camion équipé d'une salle de conférence, et une équipe d'astronomes du Maroc et de l'Observatoire de Paris ont silloné les routes du Maroc à la rencontre du public. Treize mille personnes dans 17 villes ont ainsi été rencontrées. Activités : conférences de tous niveaux, de l'école élémentaire à la formation des enseignants, en passant par les clubs. Découverte des instruments de l'astronomie. Observations du Soleil et du ciel nocturne (planètes et quelques objets du ciel profond). J'y étais du 20 au 29 octobre 2016.

Spacebus, Sénégal 2015

Durant le mois de mars 2015, la Caravane de l'Espace organisée par l'Association Sénégalaise pour la Promotion de l'Astronomie (ASPA) a silloné le Sénégal afin de présenter l'astronomie et les sciences. L'opération était en partenariat avec l'Observatoire de Paris. J'ai participé à la dernière semaine, à Dakar et ses environs.

Enseignement, activités éducatives, vulgarisation (suite)

• Cours pour l'unité d'enseignement "Plasmas spatiaux" du Master 2 de Physique des Plasmas et de la Fusion, en Ile de France.
• Participation à la rédaction de "L'Astronomie", la revue de la Société Astronomique de France.
• Animation de l'activité "Astronomie et physique" à la Maison des Jeunes et de la Culture de Palaiseau. Activité dédiée aux 14-18 ans. Page pour les membres (accès réservé)
• Conférences publiques sur l'astronomie. Quelques sujets traités récemment :
  • Aurores polaires, les relations agitées du Soleil et de la Terre
  • Les étoiles à neutrons / La matière très dense de l'infiniment petit aux étoiles (conçu initialement pour des lycéens)
  • Le Ciel va-t-il nous tomber sur la tête ?
  • Comment nos idées ont évolué à propos du centre du monde (avec de vrais morceaux d'histoire de l'astronomie)
• Participation au Space Bus, Maroc 2016
• Participation au Bus de l'Espace, Sénégal 2015
• Un livre, quelques articles, quelques traductions (voir plus haut).
• Quelques séries de cours au Festival d'Astronomie de Haute Maurienne, Le premier festival d'astronomie en France. Ouvert à tous, chaque année, entre 1984 et 2011, en vallée de Haute Maurienne, entre Vanoise et Mont Cenis. Les Festival a proposé des ateliers thématiques, des séances d'observation, des conférences, des ateliers pour les enfants, des séances publiques (planétarium, mini fusées). J'y ai animé des ateliers, dont le thème se renouvellait chaque année. Voici les diapositives des exposés des ateliers 2007 (astres compacts) et 2008 (planètes solides, satellites).
• L'Univers à portée de main est un projet éducatif destiné aux étudiants du secondaire (lycées et collèges). L'idée est d'utiliser le traitement de données astrophysiques pour introduire les notions scientifiques et mathématiques utilisées dans le secondaire. Dans ce cadre : j'ai effectué des interventions aux lycée de l'Essouriau, aux Ulis, au début des années 2000, dans des ateliers sur la mesure des distances dans l'univers. Un article a été publié dans "l'Astronomie", (journal de la Société Astronomique de France), en octobre 2003.

• Une introduction à la physique spatiale (internet old-style).
• Ciel des Hommes, un site web grand public dédié à l'astronomie. Ce site héberge notamment la traduction française de l'image astronomique du jour ("Astronomical Picture of the Day",APOD) et propose des réponses aux questions des internautes.
• Une introduction à la magnétosphère terrestre dans l'Encyclopédie de l'environnement (2017).

• Le roman d'un électron (mini roman interactif en internet old-style)
• Si vous inventez une planète, qu'y mettre pour avoir une magnétosphère ?
• Quelques idées fausses très répandues à propos de la physique spatiale

Quelques images photographiées depuis 2017, pour le plaisir :

Cliquer sur "afficher l'image" pour agrandir.

à la fin

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Date: octobre 1999. Dernière version : septembre 2018.

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