Doctorant : RIOLS Antoine
Directeurs : RINCON François, COSSU Carlo
Début de thèse : Octobre 2011
Groupe thématique : PS2E
Le contexte général de cette thèse est la dynamique des disques d’accrétion (Balbus & Hawley 1998), des systèmes fluides en rotation autour d’un astre central (étoile ou trou noir) dont la compréhension de la dynamique est essentielle à la résolution de problèmes astrophysiques de premier plan. Les disques constituent en effet des sites privilégiés de formation des exoplanètes et les réservoirs énergétiques de certaines émissions lumineuses parmi les plus intenses détectées dans l’Univers.
La physique de ces disques semble directement reliée au développement d’une instablité magnétique appelée instabilité magnéto-rotationnelle (MRI, Balbus & Hawley 1991). Celle-ci, combinée au cisaillement présent au sein du disque, peut générer simultanément du champ magnétique et de la turbulence dans un disque par un effet dynamo non-linéaire, la dynamo MRI. Ce processus encore mal compris est une des clés pour comprendre la dynamique de l’accrétion que l’on sait intimement liée à la présence de turbulence.C’est également un prototype idéal pour étudier la physique d’une nouvelle famille de dynamos encore très largement inexplorée, les dynamos sous-critiques, qui pourraient jouent un rôle extrêmement important dans d’autres contextes astrophysiques (Soleil, étoiles).
Cette thèse a pour but de comprendre cet effet dynamo et ses conséquences en terme de dynamique magnétique, de turbulence et de transport de moment cinétique dans les disques. Pour cela, nous proposons une approche originale et inédite, inspirée par plusieurs études sur la transition turbulente dans les écoulements hydrodynamiques cisaillés (Eckhardt et al. 2007, Gibson et al. 2008) et par des travaux réalisés en théorie des systèmes dynamiques (Cvitanovic et al. 2009).
Récemment, plusieurs groupes ont isolé dans des simulations 3D d’écoulements de Couette plan turbulent des structures hydrodynamiques non-linéaires cohérentes (points fixes, cycles instables) à partir desquelles une détermination des propriétés de transport de la turbulence associée est envisageable (Viswanath 2007, Gibson et al. 2008, Halcrow et al. 2009). Nous pensons qu’une approche similaire permettra d’obtenir une compréhension intime de la dynamique non-linéaire des écoulements instables pour l’instabilité MRI et des mécanismes de transport dans les disques d’accrétion. De premiers travaux (Rincon et al. 2007, 2008, Lesur & Ogilvie 2008; Herault et al. 2010 soumis) ont déjà permis de démontrer que des solutions non-linéaires stationnaires ou cycliques (voir figure) étaient bel et bien présentes pour ce problème particulier.
L’objectif spécifique de la thèse sera, de manière semblable au problème hydrodynamique, de découvrir de nouvelles solutions non-linéaires de dynamo MRI et d’en analyser les propriétés physiques et statistiques. Ce faisant, le doctorant apportera un éclairage nouveau sur la problématique astrophysique de l’accrétion mais aussi sur laphysique fondamentale de l’effet dynamo. Pour mener à bien son projet, il disposera dès le début de sa thèse d’un code numérique bien testé et performant, PEANUTS, développé l’an dernier au sein de notre collaboration d’après des travaux réalisés dans le contextehydrodynamique (Viswanath 2007).