On a quantum kinetic linked to the Compton effect - Modelling and 3D simulation of the satellite charge in plasmic environment
Etude d'une equation cinetique liee a l'effet Compton - Modelisation et simulation 3D de la charge d'un satellite en environnement plasmique
Résumé
This work deals with the study of two kinetic equations. The first equation describes the interaction between photons and electrons, called the Compton effect. The kernel in the collision integral presents a strong singularity at energy zero. Existence results to the Cauchy problem are obtained for initial data small enough and locally in time. The second equation is the Vlasov equation coupled with the Poisson equation. The Vlasov-Poisson system represents the interaction between the satellite and the magnetospheric plasma. More precisely, we are interested in the charge phenomenon of a satellite in geostationary orbit. The particles, mainly ions and electrons are described following a kinetic approach. The evolution of their distribution functions are ruled by the Vlasov equation which is coupled with the Poisson equation for the potential. The aim is to solve Vlasov-Poisson in a three-dimensional frame in the whole space. One particle method for the Vlaov equation resolution is coupled with a finite/infinite element method for the resolution of the Poisson equation.
On s'est interesse dans ce travail a l'etude de deux equations cinetiques. La premiere est une equation cinetique quantique homogene decrivant l'effet Compton. Ce phenomene se produit lorsque les photons entrent en collision avec les electrons. Le noyau dans l'integrale de collision presente une forte singularite en l'energie nulle. Un resultat d'existence locale en temps d'une solution entropique au probleme de Cauchy est obtenu pour de petites valeurs initiales. La deuxieme est une equation de Vlasov couplee avec l'equation de Poisson. Le systeme de Vlasov-Poisson modelise les interactions entre plasma et satellite. Plus precisement, on s'interesse au phenomene de charge electrostatique d'un satellite en orbite geostationnaire. Les particules, essentiellement des ions et des electrons, sont décrites suivant une approche cinétique. On considère le cas où la dynamique des ions et des électrons obéit à une équation de Vlasov et où le potentiel est donné par l'équation de Poisson. Le but est d'etudier ce probleme dans un cadre 3D dans tout l'espace. Une methode particulaire pour la resolution de l'equation de Vlasov est couplee a une methode d'elements finis et infinis pour la partie Poisson.