Thèse de doctorat et HDR

Doctorat

Entre 2001 et 2004, j'ai préparé une thèse de physique solaire sur le sujet « Signatures et modélisations du chauffage coronal turbulent à micro-échelles », sous la direction de Jean-Claude Vial et de Marco Velli. Je l'ai soutenue le 17 décembre 2004 à l'IAS à Orsay (Univ. Paris-Sud). Le manuscrit est disponible ici, au format PDF (12Mo), ainsi que sur Thèses-en-Ligne.

Résumé

Dans le contexte de la physique solaire, la complexité de la turbulence magnétohydrodynamique (MHD) et les très petites échelles qu'elle génère nous suggèrent d'aborder le problème du chauffage de la couronne solaire d'une manière statistique. Nous utilisons donc les spectres des champs, les densités de probabilité de structures ou d'événements, ainsi que les fonctions de structure, pour analyser des observations et des simulations numériques, et y détecter des signatures communes de turbulence, d'intermittence, et de chauffage aux petites échelles.

Nos simulations numériques modélisent une boucle magnétique de la couronne du Soleil, excitée par les mouvements photosphériques et dans laquelle se propagent des ondes d'Alfvén, qui interagissent entre elles non-linéairement. Le besoin de statistiques impose à ces interactions d'être simplifiées: nous avons choisi de les modéliser par des automates cellulaires dans un premier temps, puis par des shell-models. Les résultats de ces modèles de boucles sont en accord avec les observations, et permettent de comprendre certains effets observationnels. De plus, le modèle basé sur les shell-models, qui comprend une meilleure représentation des termes non-linéaires de la MHD que l'automate cellulaire, montre des signes d'intermittence. L'analyse de ces modèles et de leur comportement en fonction de leurs paramètres donne des informations sur les mécanismes de chauffage de la couronne et des indices sur l'interprétation des observations.

Nous exploitons ensuite les champs d'intensité et de vitesse observés par le spectrographe SoHO/SUMER en 1996 dans le Soleil calme. Les statistiques des ces champs, notamment du champ d'intensité (le champ de vitesse étant malheureusement trop bruité) nous informent sur la nature turbulente de la couronne et sur son intermittence.

Les écarts entre les estimations par différents auteurs des distributions d'événements observés dans la couronne nous conduisent enfin à nous intéresser aux définitions possibles d'un événement. Après avoir clairement exposé ces définitions, nous les comparons, en utilisant des signaux d'intermittence plus ou moins forte.

Habilitation à diriger des recherches (HDR)

J'ai soutenu mon HDR le 24 octobre 2014 à l'IAS à Orsay (Univ. Paris-Sud). Le manuscrit est disponible sur Thèses-en-ligne.

Résumé

La variabilité de l'héliosphère et en particulier la «météorologie de l'espace» sont le résultat de toute une chaîne de processus impliquant notamment la couronne et le vent solaires. La turbulence y joue un rôle fondamental, mais rend ces milieux (ainsi que leurs analogues stellaires) très complexes, avec un grand intervalle d'échelles et un grand nombre de mécanismes physiques impliqués. La couronne peut ainsi être chauffée à plus d'un million de kelvins par la dissipation de structures de petite échelle créées par la turbulence. Des observations nous ont permis d'investiguer certaines propriétés de la turbulence et des événements de chauffage, ainsi que la structure thermique de la région de transition entre la couronne ainsi chauffée et les régions inférieures qui sont plus froides. J'ai modélisé le chauffage turbulent dans le cas des régions magnétiquement fermées (les boucles coronales) et ouvertes (les trous coronaux) de la couronne. Dans les boucles coronales, j'ai montré l'existence d'une rétro-action des processus de refroidissement sur le chauffage, et j'ai obtenu des signatures spectroscopiques du chauffage turbulent. Dans les trous coronaux, nous avons montré que ce chauffage permettait d'accélérer le vent, et nous avons également obtenu des spectres de turbulence en MHD-Hall et en MHD anisotrope. À l'interface entre ces deux types de régions coronales, nous avons observé un jet de matière et déterminé quelle proportion de sa masse contribue effectivement au vent. Le champ magnétique maintient aussi en suspension des filaments de matière plus froides que la couronne environnante, et dont les éruptions peuvent provoquer de fortes perturbations du vent; nous avons observé une telle éruption en détail, et nous développons un code permettant de détecter automatiquement ces objets avant leur éruption.

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