Séance de cours

Schéma de Verlet: Champs magnétiques et forces dépendantes de la vitesse

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Dans cours

PHYS-203: Computational physics I

Aborder, formuler et résoudre des problèmes de physique en utilisant des méthodes numériques simples. Comprendre les avantages et les limites de ces méthodes (stabilité, convergence). Illustrer différents sujets de physique traités dans d'autres cours. ...

Description

Cette séance de cours couvre le schéma de Verlet et ses variantes, y compris la méthode Euler-Cromer, le schéma semi-implicite Boris-Buneman, et les extensions pour les forces dépendantes de la vitesse. Il traite du mouvement des particules dans les champs magnétiques, en mettant l'accent sur la force de Lorentz et les composantes perpendiculaires et parallèles de la vitesse. La séance de cours explore également des simulations numériques et des exercices liés à la physique linéaire et non linéaire, aux excitations résonnantes et paramétriques, à la théorie du chaos, aux attracteurs étranges et aux applications aux systèmes oscillatoires. En outre, il explore les expériences avec les pendules, y compris les excitations magnétiques et verticales, ainsi que les effets de la friction et des champs électriques oscillants.

Enseignant·e

Laurent Villard

Originaire de Vauffelin (BE), Laurent Villard est né en 1961. Après avoir obtenu le diplôme d'ingénieur physicien de l'EPFL en 1983, il est assistant au CRPP où il entame une thèse. Ses études portent sur l'étude théorique du chauffage des plasmas par ondes radiofréquences, développant pour cela un code de calcul numérique sous contrat avec le Joint European Torus (JET, Angleterre). Il obtient en 1987 le doctorat ès sciences. En 1988, il est engagé en tant que chargé de cours à l'Université d'Addis Abeba, enseignant l'électromagnétisme et l'électrodynamique. En 1989 et 1990, il rejoint le Polytechnic Education Development Centre de l'Institute of Technology of Bandung (ITB, Indonésie). Ses activités contribuent à la formation et au soutien du personnel enseignant des dix-sept écoles polytechniques nouvellement créées en Indonésie. A la fin 1990, il revient au CRPP en tant que collaborateur scientifique. En 1993 il est nommé professeur assistant. En 1999, il est nommé maître d'enseignement et de recherche, puis, en 2005, professeur titulaire. En collaboration avec JET et General Atomics (USA) il étudie les instabilités qui peuvent être provoquées par les particules énergétiques issues du processus de fusion nucléaire. Avec des scientifiques du Keldysh Institute (Moscou), il s'intéresse au calcul de l'équilibre et de la stabilité de configurations du type tokamak. Enfin, en collaboration notamment avec le Max-Planck Institute fuer Plasma Physik, ses recherches portent sur la simulation numérique, par calcul à haute performance (HPC), de la turbulence dans les plasmas magnétisés.

Source officielle

Concepts associés (32)

Champ magnétique

En physique, dans le domaine de l'électromagnétisme, le champ magnétique est une grandeur ayant le caractère d'un champ vectoriel, c'est-à-dire caractérisée par la donnée d'une norme, d’une direction et d’un sens, définie en tout point de l'espace et permettant de modéliser et quantifier les effets magnétiques du courant électrique ou des matériaux magnétiques comme les aimants permanents.

Champ électromagnétique

Un champ électromagnétique ou Champ EM (en anglais, electromagnetic field ou EMF) est la représentation dans l'espace de la force électromagnétique qu'exercent des particules chargées. Concept important de l'électromagnétisme, ce champ représente l'ensemble des composantes de la force électromagnétique s'appliquant sur une particule chargée se déplaçant dans un référentiel galiléen. Une particule de charge q et de vecteur vitesse subit une force qui s'exprime par : où est le champ électrique et est le champ magnétique.

Analyse numérique

L’analyse numérique est une discipline à l'interface des mathématiques et de l'informatique. Elle s’intéresse tant aux fondements qu’à la mise en pratique des méthodes permettant de résoudre, par des calculs purement numériques, des problèmes d’analyse mathématique. Plus formellement, l’analyse numérique est l’étude des algorithmes permettant de résoudre numériquement par discrétisation les problèmes de mathématiques continues (distinguées des mathématiques discrètes).

Simulation informatique

vignette|upright=1|Une simulation informatique, sur une étendue de , de l'évolution du typhon Mawar produite par le Modèle météorologique Weather Research and Forecasting La simulation informatique ou numérique est l'exécution d'un programme informatique sur un ordinateur ou réseau en vue de simuler un phénomène physique réel et complexe (par exemple : chute d’un corps sur un support mou, résistance d’une plateforme pétrolière à la houle, fatigue d’un matériau sous sollicitation vibratoire, usure d’un roulem

Simulation de phénomènes

La simulation de phénomènes est un outil utilisé dans le domaine de la recherche et du développement. Elle permet d'étudier les réactions d'un système à différentes contraintes pour en déduire les résultats recherchés en se passant d'expérimentation. Les systèmes technologiques (infrastructures, véhicules, réseaux de communication, de transport ou d'énergie) sont soumis à différentes contraintes et actions. Le moyen le plus simple d'étudier leurs réactions serait d'expérimenter, c'est-à-dire d'exercer l'action souhaitée sur l'élément en cause pour observer ou mesurer le résultat.

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Explore les sections de Poincaré, le chaos et les attracteurs étranges de la physique non linéaire.

Trajectoire à particules chargées en champ électrique

Explore la formulation covariante de Lorentz de l'électrodynamique et la trajectoire d'une particule chargée dans un champ électrique.

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Explore les simulations de dynamique moléculaire sous des contraintes holonomiques, en se concentrant sur l'intégration numérique et la formulation d'algorithmes.

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