Analyse multi-satellite et multi-échelle de la turbulence dans le vent solaire

par Sonny Lion

Thèse de doctorat en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Olga Alexandrova et de Filippo Pantellini.

Soutenue le 26-09-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (laboratoire) .

Le jury était composé de Laurence Rezeau, Marie Farge, Thierry Dudok De Wit, David Burgess.

Les rapporteurs étaient Francesco Califano, Thierry Passot.


  • Résumé

    La turbulence dans le vent solaire a suscité beaucoup d'intérêt depuis les premières mesures in-situ dans l'héliosphère. Mais de nombreuses questions sont encore sans réponse. En particulier, le rôle de la turbulence dans le chauffage du vent solaire ainsi que la nature de la turbulence autour des échelles ioniques, là où les fluctuations turbulentes sont supposées être dissipées. À travers une étude multi-satellite incluant les sondes Helios 2, Stereo et Ulysses, nous avons montré qu'à grande échelle, dans le domaine inertiel, il existe une forte corrélation entre la pression thermique des ions et l'amplitude des fluctuations magnétiques. Cette corrélation est observée de 0,3 à 5,4 unités astronomiques. Elle pourrait s'expliquer soit par la présence d'une corrélation fossile déjà présente dans la photosphère ou la couronne solaire ; soit par le fait que le vent solaire est chauffé par la turbulence. Par la suite, nous nous sommes concentrés sur les échelles ioniques, où le spectre turbulent forme un coude. Grâce à la transformée en ondelettes, nous avons mis en évidence la présence d'ondes d'Alfvén de faibles amplitudes, ainsi que celle de couches de courant et vortex d'Alfvén de fortes amplitudes. Nous avons aussi mis en place un nouveau formalisme basé sur une fonction de quatre paramètres permettant de décrire la statistique des fluctuations magnétiques dans le vent solaire. Cette description s'applique des échelles MHD aux échelles électroniques. En utilisant deux approches différentes, l'analyse locale et l'analyse statistique des fluctuations, nous avons établi un lien entre l'évolution de l'intermittence et celle du spectre turbulent aux échelles ioniques.

  • Titre traduit

    Multi-spacecraft and multi-scale analysis of solar wind turbulence


  • Résumé

    Turbulence in the solar wind has been attracting attention since first in-situ measurements in the Heliosphere. Still a lot of open questions remain. In particular, the role of turbulence in the solar wind heating as well as its nature around plasma kinetic scales, where turbulent fluctuations are supposed to be dissipated. Through a multi-satellite analysis including Helios 2, Stereo and Ulysses probes, we were able to show that at large-scale, in the inertial range, there exist a strong correlation between the ion thermal pressure and the amplitude of magnetic fluctuations, which maintains between 0.3 and 5.4 astronomical units. The origine of this correlation can be (i) a fossil correlation present already in the photosphere or in the solar corona; or (ii) the solar wind heating by the turbulence. This heating is expected to take place at plasma kinetic scales.Subsequently we focused on ionic scales, where the turbulent spectrum has a break. Thanks to wavelet transform and phase coherence analysis we shed light on the nature of turbulence around the spectral break: we show the presence of small amplitude Alfvén waves as well as strong amplitude current sheets and Alfvén vortices. We proposed as well new statistical description of magnetic fluctuations in the solar wind by using a four-parameter function, valid from MHD to electron scales. Using two different approaches, detail analysis of fluctuations and statistical analysis, we established the connection between intermittency and the evolution of the turbulent spectrum at ion scales.


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