Transition du plasma confiné de l’atmosphère solaire au milieu interplanétaire

Soutenance de thèse de Nicolas Poirier (Salle de Conférence, IRAP Roche)

Résumé de la thèse

Les 60 dernières années d’exploration spatiale ont montré que le milieu interplanétaire est continuellement perturbé par une myriade de vents et de tempêtes solaires qui transportent de la matière solaire dans toute l’héliosphère. S’il existe un consensus sur la source du vent solaire rapide dont on sait qu’il provient des trous coronaux, la question de l’origine du vent solaire lent (SSW) est encore largement débattue.

   L’abondance des ions lourds mesurée in situ fournit un précieux diagnostic des potentielles régions sources, car la composition est établie très bas dans l’atmosphère solaire à l’interface entre la dense chromosphère et la couronne ténue et reste invariable pendant le transport dans le vent solaire sans collisions. La composition similaire mesurée in situ dans le SSW et par spectroscopie dans les boucles coronales suggère qu’une fraction significative du SSW provient de plasma qui a été initialement piégé le long des boucles coronales et ensuite libéré dans le vent solaire. Les observations récentes de la sonde Parker Solar Probe (PSP) fournissent également de nouvelles informations sur le vent solaire naissant.

   Un grand défi reste à être relevé pour expliquer à la fois la composition et les propriétés macroscopiques du SSW d’une manière autoconsistante. À cette fin, nous exploitons et développons des modèles de différents degrés de complexité. Ce contexte constitue le fil conducteur de cette thèse qui est structurée en quatre grands axes.

   Nous commençons par présenter une nouvelle technique qui exploite les observations en lumière blanche (WL) du SSW prises depuis de multiples points d’observation afin de mieux contraindre les modèles globaux de l’atmosphère solaire.

   Nous exploitons ensuite les premières images en lumière blanche du télescope Wide-Field Imager for Solar PRobe (WISPR) à bord de PSP, prises depuis l’intérieur de la couronne solaire dans le but de tester nos modèles globaux à des plus petites échelles, car WISPR offre une vue rapprochée inédite de la structure fine des streamers et du SSW encore naissant.

   Ce travail fournit des preuves supplémentaires d’une éjection intermittente de plasma initiallement piégé dans les boucles coronales, dans le vent solaire que nous interprétons en exploitant des simulations magnéto-hydro-dynamiques (MHD) à haute résolution.

   Enfin, nous développons et exploitons un nouveau modèle multi-espèces de boucles coronales appelé ISAM (Irap Solar Atmosphere Model) pour fournir une analyse approfondie des mécanismes de transport du plasma en action entre la chromosphère et la couronne. Nous utilisons ce modèle pour étudier les différents mécanismes qui peuvent extraire préférentiellement les ions de la chromosphère vers la couronne, en fonction de leur potentiel de première ionisation (FIP). Dans ce processus, nous comparons les rôles relatifs des effets thermo-diffusifs et de la force ponderomotrice induite par les ondes d’Alfvén dans l’enrichissement des boucles coronales avec des éléments à faible FIP qui pourraient ensuite être expulsés dans le SSW par les mécanismes discutés dans la première partie de cette thèse.

Composition du jury de thèse

• Mr Alexis ROUILLARD (chargé de recherche, IRAP, CNRS, Toulouse), Directeur de thèse
• Mr Pierre-Louis BLELLY (directeur de recherche, IRAP, CNRS, Toulouse), Co-directeur de thèse
• Mr Etienne PARIAT (chargé de recherche, LPP, CNRS, Paris), Rapporteur
• Mr Frédéric AUCHERE (astronome, IAS, CNAP, CNRS, Paris), Rapporteur
• Mme Viviane PIERRARD (professeure, BIRA-IASB, Bruxelles), Examinatrice
• Mme Clara FROMENT (chargée de recherche, LPCE, CNRS, Orléans), Examinatrice
• Mme Miho JANVIER (astronome adjoint, IAS, CNAP, CNRS, Paris), Examinatrice
• Mr Vincent GENOT (astronome, IRAP, CNAP, CNRS, Toulouse), Examinateur