Rôle des ondes de chocs solaires et des phénomènes éruptifs dans les évènements à particules énergétiques extrêmes

Soutenance de thèse de Manon Jarry (Salle Coriolis, OMP)

Résumé de la thèse : La formation et la propagation des éjections de masse coronale (CMEs) peuvent générer des ondes de choc dans la couronne solaire. Ces ondes de choc sont suceptibles de mener à des orages géomagnétiques très intenses et modifier les flux de particules énergétiques dans l’héliosphère interne. Les « flares » solaires générés par la reconnexion magnétique sont également des accélérateurs efficaces de particules. Les ondes de choc et les flares survenant simultanément, il est difficile d’isoler les contributions relatives de ces accélérateurs de particules à très haute énergie. Dans le but d’améliorer notre compréhension de ces processus d’accélération, cette thèse examine la relation intriquée entre les ondes de choc poussées par les CMEs, leurs flares associés et les événements à particules énergétiques solaires (SEPs) résultants. Des techniques d’observation et de modélisation sont nécessaires pour isoler les effets de chaque source. Les données obtenues des missions STEREOs, SOHO, SDO, et plus récemment PSP et Solar Orbiter, offrent des mesures in-situ et des observations à distance de ces phénomènes complexes. L’évolution des ondes de pression/choc de la couronne solaire au milieu interplanétaire peut être modélisée par imagerie multipoints. Une étude paramétrique de 33 ondes de pression observées entre 2011 et 2017 et reconstruites par cette technique a été réalisée. Un profil standard d’expansion et de propagation des ondes de choc est établi, révélant une expansion quasi-sphérique durant la phase d’expansion initiale de la CME. Un facteur de correction est proposé pour prendre en compte les effets de projection dans les estimations de vitesse obtenues à partir d’un seul point de vue. L’étude des flux de rayons X mous et durs (SXR et HXR) émis par les flares associés à ces chocs a confirmé l’effet Neupert déjà connu et la forte corrélation entre leurs maxima. La vitesse de l’onde de choc est corrélée temporellement avec le SXR, et son accélération avec le HXR. Une relation déjà établie entre la vitesse radiale du choc et le maximum du flare SXR est mise à jour en incluant des CMEs très rapides. Dans celle-ci, tous les flares de classe X sont associés à des CMEs atteignant au moins 1000 km/s. Les propriétés magnéto-hydrodynamiques (MHD) du choc en expansion et les lignes de champ magnétique dans la couronne peuvent être dérivées en utilisant des simulations MHD. À mesure que le choc évolue, sa géométrie et sa cinématique se modifient rapidement le long des lignes de champ magnétique connectées aux satellites mesurant les SEPs. L’étude d’un événement particulier a révélé des corrélations entre l’évolution temporelle des paramètres du choc et les propriétés des événements SEPs associés. Une forte concordance temporelle est observée entre la formation du choc modélisé et les estimations des temps d’injection des électrons et des protons le long des lignes magnétiques considérées, suggérant un processus d’accélération commun. Le rapport électron/proton élevé en début d’événement SEP correspond à la phase quasi-perpendiculaire du choc. L’étude conjointe des rapports d’abondance comme Fe/C avec l’évolution de la géométrie du choc nous révèle que, contrairement aux résultats d’études antérieures, un ratio Fe/C élevé à haute énergie n’est pas toujours lié à une géométrie quasi-perpendiculaire du choc. En revanche, les observations suggèrent que l’activité solaire avant l’événement joue un rôle important dans la modification de la composition coronale locale, affectant ainsi la composition des SEPs indépendamment de l’efficacité de l’accélération des chocs. Avec l’utilisation de codes de transport de particules dans lesquels nous intégrons ces chocs, des comparaisons entre observations et simulations sont réalisées pour identifier les paramètres clés du choc dans le processus d’accélération.



Composition du jury de thèse :

Rapportrices :

Nicole Vilmer, LESIA – Observatoire de Paris – PSL/CNRS/Sorbonne Universités/Université Paris Diderot

Miho Janvier, ESTEC – European Space Agency

Examinateurs :

Alexander Warmuth, Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)

Rami Vainio, University of Turku
Pierre-Louis Blelly, IRAP

Superviseurs :

Alexis Rouillard, IRAP
Illya Plotnikov, IRAP