Modélisation dynamique de la couronne et du vent solaire

Numerical modelling of the corona and the solar wind dynamics

• Auteur / Autrice : Rui Pinto
• Direction : Roland Grappin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine1992-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roland Grappin, Marco Velli, Leon Ofman, Thierry Passot, Yi-Ming Wang
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marco Velli, Leon Ofman

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes magnétohydrodynamiques

Magnétohydrodynamique

Analyse numérique

Soleil -- Couronne

Vents solaires

Résumé

Cette thèse a pour thème l’étude numérique et théorique du couplage dynamique ntre la photosphère, la couronne et le vent solaire dans le cadre de la magnétohydrodynamique dépendante du temps. En particulier, je cherche à caractériser les ffets des mouvements photosphériques sur la couronne et le vent solaire, tout en prenant en compte les conditions de propagation à travers les couches atmosphériques qui présentent des forts gradients magnétiques et thermiques. Je commence par montrer qu’un cisaillement créé entre les pieds photosphériques d’une boucle magnétique qui traverse plusieurs échelles de hauteur est relaxé en un temps de l’ordre du temps de traversée alfvénique. Ce résultat, que contrarie l’hypothèse standard, motive l’adoption des conditions aux limites transparentes (non rigides) dans les travaux décrits ensuite. J’étudie ensuite la réponse d’une couronne et d’un vent axisymétriques isothermes à des ondes d’alfvén dans des structures multipolaires avec points nuls. De la reconnection et de l’accumulation de courant ont lieu autour des ces points. La dissipation ohmique se fait dans la limite de résistivité nulle via la génération d’écoulements persistants. Dans un des cas étudiés, un jet surdense se forme sur un bipôle local, ce qui est proposé comme modèle de plume polaire. Les couches chromosphériques froides ont enfin été incluses dans un modèle 1D de vent avec équation d’énergie. Ce modèle a permis d’étudier la formation et le déclin des plumes polaires par la variation du taux de hauffage dans la basse couronne, offrant ainsi un point de vue complémentaire à celui du modèle de forçage par ondes d’Alfvén.

This thesis focuses on the numerical and theoretical study of the dynamical coupling between the photosphere, the corona and the solar wind in the frame of the time-dependant magneto-hydrodynamics. I attempt to characterise the effects of the photospheric movements over the corona and wind taking into account the propagation conditions through the atmospheric layers, which comprise strong magnetic and thermal gradients. I start by showing that shear between the photospheric footpoints of magnetic coronal loop which spans over several scale-heights vanishes in a timescale of the order of the alfvénic transit time. This result, which contradicts a standard hypothesis, motivated the adoption of transparent boundary conditions (as opposed to rigid) in what followed. I then study the response of multipolar structures with null points to alfvénic perturbations in an axisymmetrical isothermal corona and wind. Reconnection and current accumulation occur near the null points. Ohmic dissipation, stimulated by persistent flows which develop in the system, occurs in the limit of vanishing resistivity. One of the studied cases, in which an over-dense jet forms above a magnetic bipole, is proposed as a model for polar plumes. The cold chromospheric layers were finally introduced in an 1D wind model with an energy equation. This model allowed the study of the formation and decay of polar plumes by varying the heating rate over the low corona, offering an alternative viewpoint to the previous model