Les infos clés
En résumé
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.
Le cours se déroule pendant six semaines avec la mise à disposition de nouveaux contenus chaque semaine ; auxquelles s'ajoutent deux semaines de "pré-MOOC" pour l'analyse vectorielle, pour ceux qui le désirent (à partir du 25 avril). À la fin du cours, vous aurez deux semaines supplémentaires pour (terminer de) réaliser la totalité des exercices et obtenir l'attestation de suivi avec succès. L'équipe pédagogique vous accompagnera sur la totalité des 10 semaines.
Les 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.
Le programme
- 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
Les intervenants
Jean-Marie Malherbe
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. Son thème de recherche principal porte sur les mécanismes convectifs qui donnent naissance aux différentes échelles de surface. Il enseigne la physique en CPES 2 à Paris Sciences et Lettres ainsi que la physique solaire/techniques d'observation au DU ECU et au Master M1 de l'Observatoire.
Marion Grould
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. Elle travaille sur la simulation d'observations
de cet instrument en vue de déterminer si celui-ci sera en mesure de mettre
en évidence des effets relativistes et de tester cette théorie de la gravitation.
Elle enseigne la physique solaire au Master M1 de l'Observatoire de Paris.
Gilles Bessou
Vidéaste, infographiste
Thomas Boulogne
Ingénieur pédagogique, chef de projet
Nawelle Megri
Gestionnaire administrative
Le concepteur
Fondé en 1667, l’Observatoire de Paris est le plus grand pôle national de recherche en astronomie. 30 % des astronomes français y poursuivent leurs recherches au sein de cinq laboratoires et un institut. Situés sur ses campus de Paris, Meudon et Nançay, ils sont tous des Unités Mixtes de Recherche (UMR) avec le CNRS et, souvent, avec de grandes universités scientifiques de la région parisienne.
Les missions de l’Observatoire sont aussi développées au sein de deux services scientifiques. L’Observatoire de Paris est un Grand établissement relevant du Ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche.
La plateforme
France Université Numérique est le diffuseur des cours en ligne des établissements d’enseignement supérieur français et de leurs partenaires.
Il opère plusieurs plateformes de diffusion, dont la plus connue, FUN MOOC, est la première plateforme académique francophone mondiale. Grâce à de nombreux établissements partenaires, cette plateforme propose un vaste catalogue de cours s’enrichissant de jour en jour avec des thématiques variées et d’actualité.
