Magnétoaérodynamique

La MagnétoAéroDynamique est un domaine spécifique de la MagnétoHydroDynamique, d'où son autre appellation de MHD-gaz. Son but est le contrôle de l'écoulement gazeux par des forces électromagnétiques dites forces de Lorentz pour rendre envisageable...



Catégories :

Mécanique des fluides - Dispositif électromagnétique - Traitement de l'énergie électrique - Électrotechnique - Plasma

La MagnétoAéroDynamique (MAD) est un domaine spécifique de la MagnétoHydroDynamique (MHD), d'où son autre appellation de MHD-gaz[1]. Son but est le contrôle de l'écoulement gazeux par des forces électromagnétiques dites forces de Lorentz pour rendre envisageable le vol atmosphérique à vitesse hypersonique.

Introduction

La MAD ou MHD-gaz est une science à la croisée de plusieurs disciplines : mécanique des fluides, aérodynamique, électromagnétisme et physique des plasmas.

La physique des plasmas est au cœur de la MAD : l'air est un isolant. Pour y appliquer des forces de Lorentz et que celles-ci puissent agir sur le gaz, il faut préalablement rendre cet air conducteur de l'électricité en le ionisant, ce qui peut être réalisé par différents moyens (micro-ondes à 3 GHz, THT, faisceaux d'électrons ou laser, rayonnement ionisant). Un gaz ionisé est nommé un plasma.

Ces gaz faiblement ionisés sont dans ce cas des plasmas froids, positionnés en présence de champs magnétiques intenses. L'étude de ces interactions concerne une branche de la MHD dite à faible nombre de Reynolds magnétique (moins documentée et principalement plus complexe que la "MHD des plasmas chauds" à fort nombre de Reynolds magnétique, à l'œuvre par exemple en astrophysique et dans les plasmas thermonucléaires). Ainsi un "plasma bitempérature" sous paramètre de Hall élevé (lorsque le champ magnétique est intense) dans un convertisseur MHD est le siège du phénomène d'instabilité électrothermique complexe à maîtriser.

La MHD-gaz a fait l'objet de recherches particulièrement actives dans les pays industrialisés des années 1960 à 1970, mais a été ensuite abandonnée face aux obstacles techniques tels cette instabilité électrothermique ou la masse trop importante des électroaimants à embarquer (à l'exception notable des États-Unis et de la Russie, qui dispose depuis les années 1970 du seul générateur MHD-gaz fonctionnel au monde[2]).

L'enthousiasme suscité par cette technologie naissante a été à l'origine, au cours des années 1960, de programmes de recherche et développement militaires liées aux applications aérospatiales envisageables : contrôle des écoulements, génération de puissance, etc. Ces efforts conservent à ce jour un faible niveau de visibilité. Néanmoins, depuis le tournant du XXIe siècle, ainsi qu'à la faveur du progrès technique accompli dans le domaine des matériaux et dans la simulation numérique de phénomènes complexes, les recherches sur les applications aérospatiales des plasmas dont la magnétoaérodynamique fait partie (liée ou non aux applications propulsives) reprennent activement dans plusieurs pays, dont la Russie, les Etats-Unis, la Chine, le Japon, l'Allemagne et la France[3], grâce à la puissance accrue des dispositifs de calcul informatique permettant des modélisations pointues des phénomènes microscopiques et macroscopiques en jeu, mais aussi la disponibilité d'électroaimants supraconducteurs de plus en plus performants.

Applications

La MAD offre plusieurs solutions pour le vol atmosphérique à vitesses supersonique et hypersonique, essentiellement pour se prémunir contre le mur du son et le mur de la chaleur. Ces recherches théoriques et expérimentales sont regroupées sous le terme anglais de "flow-control MHD" (contrôle actif de l'écoulement gazeux par accélérations ou freinages MHD situés)  :

Voir aussi

Liens externes

Notes et références

  1. Mais aussi les termes anglais : MFD (magneto-fluid-dynamics)  ; MPD (magnetoplasmadynamics) ou encore MGD (magnetogasdynamics).
  2. Lire l'article Les Russes sur le point de gagner le bataille de la MHD paru dans Science & Vie n° 685 en octobre 1974.
  3. En juin 2002, par exemple, la France se dote à nouveau des compétences sur les plasmas froids sans champ magnétique (études préliminaires de 2003 à 2007) et la MAD (à partir de 2008) en créant un pôle de compétitivité dédié comprenant une quarantaine de laboratoires œuvrant en synergie. Voir les articles parus dans la revue Air & Cosmos sur cette réorganisation à l'échelle nationale :
    • A. D. Szames, La France s'enflamme pour les plasmas froids, Air & Cosmos, n°1885, pp. 16-17, 11 avril 2003.
    • Recherches françaises sur la propulsion MHD, Air & Cosmos, n°1886, pp. 18-19, 18 avril 2003.
  4. Voir les premiers rapports de la NASA sur la rentrée atmosphérique MHD : et les développements récents sur ce thème :
    • A. D. Szames, La Darpa veut un démonstrateur de rentrée MHD, Air & Cosmos, n°1904, pp. 20-21, 19 septembre 2003
    • A. D. Szames, Trois contrats Darpa pour la rentrée MHD, Air & Cosmos, n°1930, pp. 40-41, 2 avril 2004
    • A. D. Szames, Rentrée MHD : la riposte de l'Europe, Air & Cosmos, n°1932, pp. 32-39, 16 avril 2004
    • A. D. Szames, Rentrée MHD : lorsque Mars prépare la guerre, Air & Cosmos, n°1974, pp. 34-35, 11 mars 2005
    • A. D. Szames, Rentrée MHD : l'Europe s'engage, Air & Cosmos, n°1984, pp. 40-41, 20 mai 2005
  5. Un bref aperçu du programme HVEPS, dont l'ensemble des détails n'ont pas été rendus publics, a été présenté par la presse spécialisée française.
    • A. D. Szames, Hypersonique : la MHD monte en puissance, Air & Cosmos, n°2081, pp. 22-24, 8 juin 2007
    • A. D. Szames, Générateur MHD : pourquoi l'hypersonique change les règles du jeu, Air & Cosmos, n°2081, p. 24, 8 juin 2007
  6. . Voir les articles de vulgarisation en français sur le projet Ajax :
    • A. D. Szames, Enquête sur une énigme : l'avion hypersonique Ajax, Air & Cosmos, n°1777, pp. 22-24, janvier 2001
    • A. D. Szames, Des réacteurs thermochimiques à l'étude, Air & Cosmos, n°1815, pp. 14-15, 26 octobre 2001
    • A. D. Szames, Combustion exotique : le plasma séduit l'hypersonique, Air & Cosmos, n°1829, pp. 16-17, 8 février 2002
    et quelques-unes des premières publications décrivant les pistes suivies en ex-Union soviétique sur le sujet, et l'effort d'ingénierie engagé aux Etats-Unis dans ce même domaine :
    • (en) E. P. Gurijanov, P. T. Harsha, AJAX : New Directions in Hypersonic Technology, AIAA-1996-4609, 7th Ærospace Planes and Hypersonic Technology Meeting, 1996
    • (en) V. A. Bityurin, V. A. Zeigarnik, A. L. Kuranov, On a perspective of MHD technology in ærospace applications, AIAA-1996-2355, Plasmadynamics and Lasers Conference, 27th, New Orleans, LA, 17-20 juin 1996
    • (en) V. A. Bityurin, J. T. Lineberry, V. G. Potebnia, V. I. Alferov, A. L. Kuranov, E. G. Sheikin, Assessment of Hypersonic MHD Concepts, AIAA-1997-2323, Plasmadynamics and Lasers Conference, 28th, Atlanta, GA, 23-25 juin 1997
    • (en) V. L. Fraishtadt, A. L. Kuranov, E. G. Sheikin, Use of MHD Systems in Hypersonic Aircraft, Technical Physics, Vol. 43, n°11, pp. 1309-1313, 1998
  7. A. D. Szames, Vers un premier dispositif MHD réversible, Air & Cosmos, n°1977, pp. 24-25, 1 avril 2005
  8. Lire l'article paru dans Science & Vie n°702 (1975)  ; les CRAS 1976

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