Processus Transitoires à la Source du Vent Solaire – Émergence de flux et reconnexion d’interchange

Soutenance de thèse de Bahaeddine GANNOUNI (Salle de Conférence)

Résumé de la thèse : L’avènement de Solar Orbiter (SolO), revisitant l’héliosphère intérieure, et de Parker Solar Probe (PSP), qui pénètre pour la première fois dans la couronne solaire, a permis d’obtenir des mesures révolutionnaires du vent solaire naissant. Elles ont révélé l’état très dynamique d’un vent solaire continuellement perturbé par des jets de plasma ainsi que par des fluctuations de grande amplitude du champ magnétique. Le ou les mécanismes de formation de ces structures transitoires ne sont pas clairs et représentent le sujet central de cette thèse.

Les jets Alfvénques ou « pics de vitesse » mesurés par PSP sont fréquemment associés à des inversions complètes du champ magnétique. L’hypothèse de cette thèse est qu’ils proviennent de reconfigurations de la couronne par le processus de reconnexion magnétique lorsque des boucles rencontrent des champs magnétiques ouverts. La reconnexion magnétique est un mécanisme efficace par lequel l’énergie magnétique est convertie en énergie cinétique et en chaleur thermique. Sa présence dans la région source du vent solaire devrait modifier les conditions de formation du plasma qui s’en échappe.

Afin d’évaluer les effets de la reconnexion magnétique sur le vent solaire naissant, nous présentons des simulations magnéto-hydrodynamiques multidimensionnelles, résistives et compressibles, de l’atmosphère solaire et du vent supersonique qui s’en échappe. Nous commençons par simuler les effets des boucles magnétiques émergeant à l’intérieur des sources bien connues du vent solaire appelées trous coronaux. L’objectif était de capturer non seulement la dynamique à fine échelle de la couronne solaire, mais aussi toute la région de formation du vent solaire jusqu’à 30 rayons solaires. Pour simuler la reconfiguration détaillée de la nappe de courant de reconnexion dans la couronne, un maillage numérique suffisamment raffiné est adopté pour capturer l’instabilité du mode de déchirement. Nous montrons que de multiples îlots magnétiques ou plasmoïdes se forment à l’intérieur de la nappe de courant et induisent des microjets avec une périodicité de quelques dizaines de minutes, se propageant dans le vent solaire en formation. Cette activité transitoire augmente non seulement la vitesse du vent solaire, mais entraîne également une variabilité des paramètres du plasma ainsi que des ondes d’Alfvén à grande échelle, qui peuvent être détectées bien au-delà de la surface d’Alfvén. Ces simulations montrent également que l’observation concomitante de micro-courants de vent solaire et de pics de vitesse par PSP pourrait avoir pour origine l’émergence de boucles magnétiques à l’intérieur des trous coronaux.

Nous utilisons l’outil de connectivité magnétique de l’IRAP pour révéler un lien entre les pics de vitesse mesurés par le détecteur Proton-Alpha à bord de SolO et les microflares observés dans l’imagerie ultraviolette par l’Observatoire de dynamique solaire. Une analyse spectrale révèle que la périodicité des pics de vitesse et leur agrégation sont comparables aux périodicités des microflares observés dans la région source. L’un de ces microflares est suffisamment bien résolu pour capturer son activité à fine échelle, qui rappelle les plasmoïdes simulés dans la première partie de la thèse. Pour réaliser une comparaison quantitative de cette activité fine entre les images et les simulations, une nouvelle configuration numérique est adoptée, se concentrant sur la basse atmosphère solaire. Dans cette simulation, un système de boucles magnétiques émerge à travers la chromosphère, la région de transition, et la basse couronne, sur des échelles spatio-temporelles, avec des propriétés magnétiques directement obtenues des observations. La simulation reproduit fidèlement l’évolution dynamique du microflare, à petite et grande échelle.

La dernière partie du manuscrit se concentre sur d’autres effets de la reconnexion magnétique sur l’état du vent solaire, y compris les changements de l’état d’ionisation des ions du vent solaire ainsi que la formation de populations suprathermiques en effectuant des calculs de particules de test sur les simulations précédentes.

Composition du jury de thèse :

• Karine Bocchialini, Rapporteuse – Professeure
• Thierry Dudok de Wit, Rapporteur – Professeur
• Sophie Masson, Examinatrice – Astronome-Adjoint
• Noureddine Rawafi, Examinateur – Directeur de recherche
• Alexis Rouillard, Directeur De Thèse, Chargé de recherche
• Victor Réville, Co-Directeur De Thèse, Chargé de recherche