Modélisation numérique du magnétisme solaire et stellaire

Numerical modelling of solar and stellar dynamos

• Auteur / Autrice : Raphaël Raynaud
• Direction : Emmanuel Dormy, Ludovic Petitdemange
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Radioastronomie (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Claude Catala
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Dormy, Ludovic Petitdemange, Thierry Alboussière, Michel Rieutord
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Alboussière, Michel Rieutord

Mots clés

Mots clés contrôlés

Convection (astrophysique)

Étoiles -- Champs magnétiques

Magnétohydrodynamique

Résumé

Cette thèse traite de la génération d'un champ magnétique par l'écoulement d'un fluide conducteur de l'électricité, connu sous le nom d'effet dynamo. De nombreuses études numériques ont ainsi cherché à comprendre la génération du champ magnétique terrestre dans le noyau fluide terrestre en analysant les propriétés des champs magnétiques générés par la convection d'un fluide Boussinesq dans une coquille sphérique en rotation. Cependant, cette approximation n'est pas valide pour décrire la convection dans des systèmes stratifiés tels que les intérieurs stellaires, dont la zone convective est potentiellement mieux modélisée en ayant recours à l'approximation anélastique qui considère la convection comme une perturbation par rapport à un état de référence stratifié adiabatiquement. Tout comme l'approximation Boussinesq, l'approximation anélastique présente l'intérêt de filtrer les ondes sonores. A l'aide de simulations numériques directes, nous étudions l'influence de la stratification en densité du système sur les propriétés des champs magnétiques générés. Nos analyses tendent à souligner la relative robustesse des résultats de géodynamo sur la structure et l'intensité du champ magnétique, qui semblent donc rester pertinents dans le cadre de l'étude des dynamos stellaires.

Dynamo action, i. E. The self-amplification of a magnetic field by the flow of an electrically conducting fluid, is considered to be the main mechanism for the generation of the magnetic fields of stars and planets. Intensive and systematic parameter studies by direct numerical simulations using the Boussinesq approximation revealed fundamental properties of these models. However, this approximation considers an incompressible conducting fluid, and is therefore not adequate to describe convection in highly stratified systems like stars or gas giants. A common approach to overcome this difficulty is then to use the anelastic approximation, that allows for a reference density profile while filtering out sound waves for a faster numerical integration. Through a systematic parameter study of spherical anelastic dynamo models, we investigate the influence of the stratification on the dynamo mechanisms, and compare them with previous results obtained in the Boussinesq approximation. We discuss the influence of the density stratification on the field geometry and the field strength. Our results are in overall agreeement with the previous geodynamo studies, and thus the main established results seem to be still relevant to the study of stellar dynamos.