Publications en géophysique et astrophysique

1• Le thème de recherche

La propagation des ondes dans les plasmas

Un plasma, gaz ionisé, est composé d’une proportion d’ions, particules atomiques, moléculaires ou électrons libres, porteuses de charges électriques. Le mouvement des particules neutres correspond aux ondes acoustiques se propageant à la vitesse du son, tandis que celui des charges électriques s’accompagne d’ondes électromagnétiques se propageant à la vitesse de la lumière. Les phénomènes ondulatoires associés aux plasmas sont donc mixtes : il s’agit d’ondes hybrides, électro-acoustiques, qui, suivant les valeurs des paramètres en jeu, héritent, en proportion variable, des propriétés des ondes acoustiques et de celles des ondes électromagnétiques. Les ondes dans les plasmas sont donc en quelque sorte à la fois son et lumière.

La présence de champs magnétiques, naturels ou fabriqués, complique les phénomènes en les rendant anisotropes, ce qui se traduit par des effets de guidage et de résonance. Enfin, l’agitation thermique du plasma est elle-même source d’un champ ondulatoire spécifique. Ainsi, sans tenir compte des effets quantiques ou relativistes, la théorie “classique” des ondes dans les plasmas atteint sa complexité maximale dans le cas du “magnéto-plasma chaud”.

À cette unité de théorie correspondaient à l’époque (années 60) trois types d’applications :

1 - les phénomènes naturels siégeant dans l’ionosphère et la magnétosphère terrestres et les télécommunications par satellites artificiels ou lors de la rentrée des véhicules dans l’atmosphère ;

2 - les mouvements, en particulier, oscillatoires, des atmosphères stellaires et des couches internes des étoiles ;

3 - les plasmas confinés par des champs magnétiques produits artificiellement en vue de la fusion thermonucléaire contrôlée.

Mon activité a concerné les deux premières catégories d’applications et le contenu de ma recherche apparaît à travers les titres des travaux mentionnés. J’ai obtenu dans cette spécialité les grades de docteur troisième cycle en physique des plasmas (1966) et de docteur d’État ès Sciences Physiques (1971).

2• Première période : géophysique extérieure, 1967-1973

Les publications qui suivent correspondent à mon affectation au Groupe de recherches ionosphériques, département Recherches spatiales radioélectriques, dans les locaux du Centre national d’études des télécommunications, à Issy-les-Moulineaux.

Ph. GRAFF, “Etude d’une méthode de résolution du problème de l’antenne dans un plasma”, Annales des Télécommunications, 22, 1, 3-16,1967

Ph.GRAFF, “Influence de la gyrofréquence protonique sur la résonance d’une antenne à la gyrofréquence du plasma électronique”, Comptes rendus de l’Académie des Sciences de Paris , 265, 618-620, 1967

Ph. GRAFF, “Etude des oscillations transitoires dans un plasma isotrope excité par une antenne, Annales de géophysique, 23, 4, 495-510, 1967.

Ph. GRAFF, P.MEYER, A. MANGENEY, J.-P. LAFON, O. DE PAZZIS, “Connaissances actuelles sur le fonctionnement d’une antenne dans le plasma spatial”, L’Onde électrique, XLVII 488, 1272-1276, 1967

P. MEYER, Ph. GRAFF, “Mesure des paramètres d’un plasma chaud par émission d’impulsions”, Journal de Physique, 29, 4 supplément C3, 70-72, 1968

J. BITOUN, Ph. GRAFF, “Méthode de déterminatien de la vitesse et de l’indice de groupe dans un milieu anisotrope”, Annales de géophysique, 24, 3 ; 789-791, 1968

Ph. GRAFF “On the transient response of an antenna and the time decrease ot Alouette spikes”, Proceedings of the conference on environmental effects on antenna performance, J.R. Wait editor, Boulder, Colorado, U.S.A., 1969

M. AUBRY, J. BITOUN, Ph. GRAFF, “Propagation and group velocity in a warm magnetoplasma”, Radio Science ; 5, 3, 635-645, 1970

Ph. GRAFF, “Transient system induced by a small antenna in a hot plasma”, 325-335, Plasma waves in space and in the laboratory, Edinburgh University Press, 1970

J.BITOUN, Ph.GRAFF, M. AUBRY, “Ray tracing in warm magnetoplasma and applications to topside resonances”, Radio Science, 5, 11 , 1341-1349, 1970

Ph.GRAFF, “Analytical study of oblique echoes at the upper hybrid resonance”, Journal of geophysical research, 75, 34, 7193-7198, 1970

R FELDSTEIN, Ph. GRAFF, “Etude des pics de résonance excités dans l’ionosphère”, Journal de Physique, … , 1970

Ph. GRAFF, “General expression of the frequencies of the oblique echoes at the plasma resonance”, Journal of geophysical research, 76, 4, 1060-1064, 1971

Ph. GRAFF, “Study of the oscillations stimulated at the upper hybrid resonance by a pulsed dipole antenna in a weakly inhomogeneous plasma”, Journal of plasma physics, 5, 3, 427-439, 1971

R. FELDSTEIN, Ph. GRAFF, “Daytime and nighttime electron temperatures from topside resonance”, Journal of geophysical research, 77, 10, 1896-1904, 1972

M. PETIT, J. BITOUN, R. FELDSTEIN, Ph. GRAFF, B. HIGEL, “Ondes de plasma à vitesse de groupe faible”, Annales des télécommunications, 27, 9-10, 417-429, 1972

J.P.J. LAFON, Ph. GRAFF, P. COUTURIER, Les méthodes variationnelles en physique, Edition Observatoire de Paris-Meudon, Meudon 1973

3• Deuxième période : astrophysique, 1974-1978

Les deux dernières publications relèvent de mon affectation à l’Observatoire de Nice. Abandonnant la problématique des antennes dans les plasmas, je manipule des équations apparentées, qui régissent les phénomènes de propagation des ondes dans les atmosphères stellaires.

Ph. GRAFF, "A study of unstable acoustic waves in a convective zone", Astronomy and astrophysics, vol. 49, p. 299, 1976

G. BERTHOMIEU, G. GONCZI, Ph. GRAFF, J. PROVOST, A. ROCCA, “Low-frequency gravity modes”, Astronomy and astrophysics, 70, 597-606, 1978