Jean Kempf

Environ 15% de la masse des amas de galaxies est un plasma chaud et magnétisé, le milieu intra-amas (ICM). Celui-ci est le siège de processus dynamiques générés à grande échelle par l'accrétion de matière, par des chocs internes, par la rétroaction énergétique d'AGNs, mais aussi par de nombreuses instabilités magnétohydrodynamiques (MHD) et cinétiques excitant des fluctuations de vitesse et de champ magnétique sur une gamme d'échelles allant de la centaine de kpc au millier de km. Cette dynamique a des implications critiques pour la structure et l'évolution thermodynamique et chimique des amas, ainsi que pour l'estimation de leur masse dans un contexte cosmologique. Elle reste cependant aujourd'hui extrêmement mal contrainte observationnellement, et mal comprise physiquement de par sa nature hautement non-linéaire et multi-échelle. Sa caractérisation observationnelle constitue un des objectifs majeurs du futur observatoire X européen ATHENA, notamment avec l'instrument X-IFU actuellement en cours de développement à l'IRAP. En parallèle des développements instrumentaux actuels, et dans la perspective de l'exploitation scientifique d'ATHENA dans une dizaine d'années, il est indispensable aujourd'hui de caractériser la nature et les propriétés statistiques de la dynamique magnétisée de l'ICM par l'intermédiaire de modélisation physique MHD et plasma. L'objectif de ma thèse est donc triple: • Développer des modèles d'ICM permettant une compréhension détaillée des processus dynamiques en jeu. Cela passera notamment par le développement et la réalisation de simulations numériques MHD multidimensionnelles d'amas en géométrie sphérique, à haute résolution, prenant en compte les effets de compressibilité, de stratification, d'anisotropie de conductivité thermique et de viscosité caractéristiques de ce type de plasma magnétisé, et d'autres effets cinétiques internes affectant les propriétés de transport du plasma. • Exploiter ces simulations pour la préparation scientifique d'ATHENA/X-IFU en les interfaçant avec le simulateur d'observations SIXTE. Ce travail permettra de valider les méthodes d'inférence observationnelle de la dynamique physique, mais aussi d'effectuer une comparaison « observationnelle » de résultats de simulations numériques obtenus sous différentes hypothèses physiques. Ceci permettra de déterminer quels effets dynamiques et physiques (anisotropie, instabilités MHD etc.) pourraient être détectés avec X-IFU. • Etudier spécifiquement, et dans des régimes dynamiques inaccessibles aux simulations cosmologiques de formation des grandes structures, les mécanismes d'amplification à l'équipartition énergétique de champs magnétiques d'amas par effet de dynamo turbulente.