Vent solaire et rayons cosmiques

[entropik]

Bonsoir,
Peut-on voir le vent solaire comme un plasma? Voici les différences que je vois entre le vent solaire et les rayons cosmiques: même si ce sont 2 flux de particules, le premier est dominé par beaucoup d'interactions et la somme de ses charges électriques est nulle, tandis que les rayons cosmiques sont des particules indépendantes, plus rapides et chargées électriquement. Et si j'ai bien compris les 2 peuvent provoquer des aurores et autres interactions avec l'atmosphère. Seuls les rayons cosmiques peuvent atteindre des énergies énormes mais assez rarement. Il me semble que le vent solaire déploie moins d'énergie mais je ne suis pas sûr. J'ai lu que le rayon cosmique le plus énergétique possédait l'énergie équivalente à celle d'une balle de tennis propulsée à 100km/k. Est-ce que les plasmas mettent en oeuvre de plus grandes énergies? Mais vu qu'ils ne voyagent qu'en masse je pense qu'ils ne pénètrent pas aussi profondément dans l'atmosphère que les rayons cosmiques. Est-ce qu'on pourrait récolter l'énergie du vent solaire avec des satellites? Ou ne peut-on exploiter que l'énergie des rayonnements électromagétiques?

[entropik]

J'ai lu à plusieurs endroits qu'on considérait les rayons cosmiques comme un rayonnement électromagnétique. Par ailleurs certains mettent en doute qu'ils soient constitués principalement de protons et noyaux. Ce serait donc encore une différence avec le vent solaire; les rayons cosmiques forment une onde électromagnétique d'énergie supérieure aux rayons gammas. Mais n'est-ce pas une contradiction en soi de vouloir considérer les rayons cosmiques à la fois comme un flux de particules lourdes et un rayonnement électromagnétique?

[Dominique Lefebvre]

Bonsoir,
Peut-on voir le vent solaire comme un plasma? Voici les différences que je vois entre le vent solaire et les rayons cosmiques: même si ce sont 2 flux de particules, le premier est dominé par beaucoup d'interactions et la somme de ses charges électriques est nulle, tandis que les rayons cosmiques sont des particules indépendantes, plus rapides et chargées électriquement. Et si j'ai bien compris les 2 peuvent provoquer des aurores et autres interactions avec l'atmosphère. Seuls les rayons cosmiques peuvent atteindre des énergies énormes mais assez rarement. Il me semble que le vent solaire déploie moins d'énergie mais je ne suis pas sûr. J'ai lu que le rayon cosmique le plus énergétique possédait l'énergie équivalente à celle d'une balle de tennis propulsée à 100km/k. Est-ce que les plasmas mettent en oeuvre de plus grandes énergies? Mais vu qu'ils ne voyagent qu'en masse je pense qu'ils ne pénètrent pas aussi profondément dans l'atmosphère que les rayons cosmiques. Est-ce qu'on pourrait récolter l'énergie du vent solaire avec des satellites? Ou ne peut-on exploiter que l'énergie des rayonnements électromagétiques?

Bonjour,

D'abord une réponse rapide de principe.
Un plasma (le 4eme état connu de la matière) est un gaz de particules (des atomes en général) ionisées. A peu de chose près (cela se démontre), un plasma est globalement neutre électriquement.

Le vent solaire est un plasma chaud et rapide (envrion 400 km.s-1 au niveau de l'orbite terrestre). Il est formé essentiellement d'électrons, de protons et de noyau d'hélium (particules alpha). Il est globalement neutre électriquement.

Le rayonnement cosmique peut être d'origine locale (éruption solaire) ou galactique voire même plus lointaine. Il s'agit essentiellement de protons et de particules alpha.
Les protons galactiques ont une grande énergie: environ 10^20 eV.
En fait, très très très peu de protons de haute énergie parviennent à la surface de la terre. Ils réagissent quasiment tous avec les atomes et molécules de la haute atmosphère. On ne mesure sur terre que les particules secondaires issues des réactions nucléaires de la haute atmosphère (ionosphère) selon la chaîne proton-méson-muon-électron+neutrino

[Dominique Lefebvre]

Mais n'est-ce pas une contradiction en soi de vouloir considérer les rayons cosmiques à la fois comme un flux de particules lourdes et un rayonnement électromagnétique?

Tu devrais savoir maintenant que l'on peut indifférement considérer une particule sous sa forme corpusculaire ou ondulatoire (bien que cette terminologie ne soit pas très rigoureuse...).
Par exemple, les rayons gamma sont des photons de très haute énergie. Les rayons cosmiques galactiques sont essentiellement (à 90%) des protons à trés haute énergie.

[entropik]

(bien que cette terminologie ne soit pas très rigoureuse...).

Mais quelle est la terminologie la plus rigoureuse alors? Pourquoi ne l'as-t-on pas changée depuis le temps qu'on a fait le point sur la dualité onde-corpuscule?

[entropik]

Donc le vent solaire est bien un plasma au même titre que la foudre. Sauf que le vent solaire ne redevient pas neutre aussi vite que la foudre je suppose.
J'avais entendu dire que si l'on parvenait à capter l'énergie que déploie la foudre, on pourrait alimenter un ville pendant plusieurs jours. Je suppose que le principale obstacle à la prise de cette magnifique source d'énergie naturelle est sa durée très faible et l'imprévisibilité de la zone d'impact (quoique avec des paratonneres on pourrait améliorer ça). Or le vent solaire ne semble pas être aussi éphémère et sa zone d'impact est tellement vaste qu'elle ne nous laisse que l'embarras du choix. D'où ma question: pourquoi ne parviens-t-on pas à envoyer des satellites récolter l'énergie solaire sous cette forme inhabituelle? Les particules du plasma endommageraient-elles les appareils en contact? Mais le vent solaire atteint-il la zone où nos satellites peuvent se promener en orbite?

[Dominique Lefebvre]

Mais quelle est la terminologie la plus rigoureuse alors? Pourquoi ne l'as-t-on pas changée depuis le temps qu'on a fait le point sur la dualité onde-corpuscule?

Oh là là, c'est assez compliqué! Le terme "dualité onde-corspuscule" est encore beaucoup utilisé en vulgarisation de la mécanique quantique. Il laisse supposer que l'énergie est à la fois une onde et/ou un corpuscule sans qu'on sache bien quand on a affaire à une onde et quand on a affaire à un corpuscule...
En fait, ce n'est ni l'un ni l'autre! Mais si tu veux, on pourra en reparler, parce qu'il y a des préalables àposer avant ce genre de discussion...

[entropik]

Des préalables du genre maîtriser un cours d'électromagnétisme ou plutôt du genre connaître l'histoire de la physique et l'évolution de ces théories?

[Dominique Lefebvre]

Donc le vent solaire est bien un plasma au même titre que la foudre. Sauf que le vent solaire ne redevient pas neutre aussi vite que la foudre je suppose.

En première approche, pour les calculs simples, on considère que le vent solaire est un plasma globalement neutre.
Le cas de la foudre est un peu différent. La foudre en elle-même n'est pas un plasma, c'est un courant de charges électriques. Le plasma lié à la foudre résulte de l'ionisation des gaz de l'atmosphère, ionisation provoquée par l'échauffement Joule de ces gaz.

J'avais entendu dire que si l'on parvenait à capter l'énergie que déploie la foudre, on pourrait alimenter un ville pendant plusieurs jours.

Je suppose que le principale obstacle à la prise de cette magnifique source d'énergie naturelle est sa durée très faible et l'imprévisibilité de la zone d'impact (quoique avec des paratonneres on pourrait améliorer ça).

Je t'invite à lire l'excellent article de Wikipedia sur le sujet ([url="http://fr.wikipedia.org/wiki/Foudre"]http://fr.wikipedia.org/wiki/Foudre[/url]): bilan des courses : en France, on récupèrerait 6kW.h-1 par an...

Or le vent solaire ne semble pas être aussi éphémère et sa zone d'impact est tellement vaste qu'elle ne nous laisse que l'embarras du choix. D'où ma question: pourquoi ne parviens-t-on pas à envoyer des satellites récolter l'énergie solaire sous cette forme inhabituelle? Les particules du plasma endommageraient-elles les appareils en contact? Mais le vent solaire atteint-il la zone où nos satellites peuvent se promener en orbite?

Encore une fois, il faut réflechir aux ordres de grandeur... D'après toi, quelle est la densité de particules au m^2, disons sur l'orbite terrestre? Quelle surface de capteurs il faudrait? Certains ont étudié le problème en imaginant propulser des vaisseaux à l'aide de voile solaire. Tu pourras trouver la littérature sur Google et tu verras le topo!

[Dominique Lefebvre]

Des préalables du genre maîtriser un cours d'électromagnétisme ou plutôt du genre connaître l'histoire de la physique et l'évolution de ces théories?

Ah non, là on est dans le domaine de la mécanique quantique...

[entropik]

Tant qu'on y est voilà ce qui me perturbait dans le post sur les champs: je trouve pas ça logique qu'en électrodynamique quantique on puisse utiliser le photon pour représenter n'importe quelle interaction entre électron alors qu'en électromagnétisme classique son utilisation est restreinte à certains cas.
Je me souviens que vous aviez dit que le terme "énergie électrique" n'est pas très correct. Voudriez-vous dire par là qu'il faudrait -pour être plus rigoureux- chaque fois préciser la provenance de l'énergie quand on parle d'énergie électrique? Il n'y en a pas tant que ça d'ailleurs, elle peut être thermique, nucléaire, chimique, fossile, éolienne, solaire ou hydroélectrique.
Ce qui me trouble c'est que vous m'aviez bien dit qu'un courant électrique ne contenait pas d'énergie et pourtant en électrodynamique quantique, puisqu'on utilise les photons pour n'importe quelle interaction d'électrons, on devrait représenter le courant électrique avec des photons, et donc de l'énergie quantifiée. Je sais que je ne devrais pas m'intéresser au courant au niveau quantique avant de bien le comprendre au niveau macroscopique mais le fait que la représentation soit fort différente m'intrigue trop. Parce-qu'avec un tel raisonnement, j'arrive à cette conclusion: on ne peut mesurer l'énergie dans un courant qu'avec la théorie quantique et pas en électromagnétisme.
Mais si l'on s'amusait par exemple à mesurer l'effet Joule au niveau quantique dans chaque petit segment d'un conducteur alimenté et qu'on faisait la somme, arriverait-on à peu près aux même mesures qu'avec les méthodes classiques?

[Dominique Lefebvre]

Tant qu'on y est voilà ce qui me perturbait dans le post sur les champs: je trouve pas ça logique qu'en électrodynamique quantique on puisse utiliser le photon pour représenter n'importe quelle interaction entre électron alors qu'en électromagnétisme classique son utilisation est restreinte à certains cas.

L'électrodynamique quantique est une extension de l'électromagnétisme classique et recouvre tous les cas d'usage de ce dernier. Je ne vois pas ce qui te gêne: peux-tu préciser?

Je me souviens que vous aviez dit que le terme "énergie électrique" n'est pas très correct. Voudriez-vous dire par là qu'il faudrait -pour être plus rigoureux- chaque fois préciser la provenance de l'énergie quand on parle d'énergie électrique? Il n'y en a pas tant que ça d'ailleurs, elle peut être thermique, nucléaire, chimique, fossile, éolienne, solaire ou hydroélectrique.

Disons que c'est un terme d'ingénieur, pas de physicien! Que la production d'électricité soit de nature chimique, nucléaire ou éolienne, la nature du courant électrique ne change pas. Ce qui produit une énergie électromagnétique (par rayonnement) ou thermique (par effet Joule) ou chimique (par électrolyse), c'est la circulation des charges électriques (le courant).

Ce qui me trouble c'est que vous m'aviez bien dit qu'un courant électrique ne contenait pas d'énergie et pourtant en électrodynamique quantique, puisqu'on utilise les photons pour n'importe quelle interaction d'électrons, on devrait représenter le courant électrique avec des photons, et donc de l'énergie quantifiée.

Par définition, le courant électrique (je simplifie un peu...) est un déplacement d'électrons. Pourquoi veux-tu faire intervenir des photons là dedans? Le courant électrique est tout ce qu'il a de plus quantifié! Le quatum de courant électrique, c'est l'électron!

Je sais que je ne devrais pas m'intéresser au courant au niveau quantique avant de bien le comprendre au niveau macroscopique mais le fait que la représentation soit fort différente m'intrigue trop. Parce-qu'avec un tel raisonnement, j'arrive à cette conclusion: on ne peut mesurer l'énergie dans un courant qu'avec la théorie quantique et pas en électromagnétisme.
Mais si l'on s'amusait par exemple à mesurer l'effet Joule au niveau quantique dans chaque petit segment d'un conducteur alimenté et qu'on faisait la somme, arriverait-on à peu près aux même mesures qu'avec les méthodes classiques?

En fait, il serait tout à fait contreproductif d'envisager d'étudier les circuits électriques classiques avec la mécanique quantique! L'électromagnétisme de Maxwell suffit amplement! Un exception toutefois: lorsque tu te retrouves avec des supraconducteurs! Dans ce cas, tu es obligé de te servir de la MQ sinon, tu tombes sur des impossibilités. Et bien sur, je ne te parle pas des semi-conducteurs.

L'effet Joule est un effet statistique.On ne l'aborde pas avec la MQ, ce n'est pas son domaine d'emploi.

[entropik]

L'électrodynamique quantique est une extension de l'électromagnétisme classique et recouvre tous les cas d'usage de ce dernier. Je ne vois pas ce qui te gêne: peux-tu préciser?

En fait je voulais savoir si l'EDQ décrivait un même phénomènes en utilisant des photons là où la théorie classique ne s'en sert pas.

Disons que c'est un terme d'ingénieur, pas de physicien! Que la production d'électricité soit de nature chimique, nucléaire ou éolienne, la nature du courant électrique ne change pas. Ce qui produit une énergie électromagnétique (par rayonnement) ou thermique (par effet Joule) ou chimique (par électrolyse), c'est la circulation des charges électriques (le courant).

Mais si on est ingénieur physicien, ça devient compliqué alors...

Par définition, le courant électrique (je simplifie un peu...) est un déplacement d'électrons. Pourquoi veux-tu faire intervenir des photons là dedans? Le courant électrique est tout ce qu'il a de plus quantifié! Le quatum de courant électrique, c'est l'électron!

Je ne sais pas, il y a bien sûr le fait que le photon est le médiateur de l'interaction électromagnétique qui m'a influencé et je pense avoir lu ça sur un site. Mais c'est bon j'ai compris maintenant, j'abandonne cette idée mal fondée.

En fait, il serait tout à fait contreproductif d'envisager d'étudier les circuits électriques classiques avec la mécanique quantique! L'électromagnétisme de Maxwell suffit amplement! Un exception toutefois: lorsque tu te retrouves avec des supraconducteurs! Dans ce cas, tu es obligé de te servir de la MQ sinon, tu tombes sur des impossibilités. Et bien sur, je ne te parle pas des semi-conducteurs.
L'effet Joule est un effet statistique.On ne l'aborde pas avec la MQ, ce n'est pas son domaine d'emploi.

En fait ce que je voulais savoir par là c'est s'il est possible de démontrer toutes les lois physique du monde macroscopique en additionnant les propriétés quantiques. Mais cela n'a peut-être pas d'intérêt. En gros est-ce que les théories classiques et quantiques se superposent? Je pense qu'on peut analyser n'importe quel phénomène macroscopique en le voyant comme la somme de phénomènes quantiques mais je ne suis pas sûr.

[Dominique Lefebvre]

En fait je voulais savoir si l'EDQ décrivait un même phénomènes en utilisant des photons là où la théorie classique ne s'en sert pas.

Non pas vraiment, l'EDQ essait de rallier dans la description du mouvement d'une charge dans un champ, les théories quantique et relativiste. Pour étudier la propagation d'une OEM plane, c'est pas vraiment l'outil idéal, du moins les applications courantes de l'ingénieur... Et quand on est à la fois physicien et ingénieur, et bien on choisit l'outille mieux adapté à son problème: la MQ aux supraconducteurs et aux condensats d'Einstein, Maxwell aux guides d'ondes et aux antennes.

En fait ce que je voulais savoir par là c'est s'il est possible de démontrer toutes les lois physique du monde macroscopique en additionnant les propriétés quantiques. Mais cela n'a peut-être pas d'intérêt. En gros est-ce que les théories classiques et quantiques se superposent? Je pense qu'on peut analyser n'importe quel phénomène macroscopique en le voyant comme la somme de phénomènes quantiques mais je ne suis pas sûr.

Alors ça, c'est une vaste question!

Non, on ne peut pas analyser n'importe quel phénomène macroscopique en le voyant comme la somme de phénomènes quantiques. C'est même théoriquement impossible. Il y a un phénomène important en MQ sur lequel tu devrais te documenter : c'est la décohérence: le passage du quantique au mésoscopique puis macroscopique.

Un autre aspect, très discuté en ce moment, c'est l'émergence des lois de la physique, opposée au réductionnisme. Certains prétendent (je penche dans leur sens) que les grands principes d'organisation des systèmes physiques sont plus que la somme des composants élémentaires dessystèmes et des lois qui les régissent. On n'explique pas la cristallisation uniquement par les lois de la MQ. On explique pas la physique statistique par la MQ...