L'accélération de particules énergétiques dans les éjections de masse coronale

Acceleration of energetic particles in coronal mass ejections

• Auteur / Autrice : Ahmed Houeibib
• Direction : Filippo Pantellini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysiquee
• Date : Soutenance le 17/10/2025
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Instrumentation et de Recherche en Astrophysique
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris (1667-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Christine Angonin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Filippo Pantellini, Pierre Henri, Simone Landi, Barbara Perri, Petr Hellinger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Henri, Simone Landi
• DOI : 10.70675/91dc0b74za61az4bb2za607zc3e37a3bde77

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vents solaires

Magnétohydrodynamique

Plasmas (gaz ionisés)

Mots clés libres

Parker Solar Probe

Solar Orbiter

Particules énergétiques

Vent solaire

Magnétohydrodynamique

Physique des plasmas

Solar Orbiter

Magnetohydrodynamics

Solar wind

Energetic particles

Plasma physics

Parker Solar Probe

Résumé

Le milieu interplanétaire, dominé par le vent solaire, est peuplé par une grande variété de particules, depuis les populations thermiques jusqu'aux particules relativistes d'origine solaire ou cosmique. L'interaction entre ces particules et les structures transitoires du vent solaire, telles que les éjections coronales de masse (CME), joue un rôle majeur dans leur transport et leur accélération. Comprendre ces interactions nécessite de combiner une description réaliste des champs électromagnétiques à grande échelle, fournie par la magnétohydrodynamique (MHD), avec un modèle cinétique capable de rendre compte de la dynamique individuelle des particules. Durant cette thèse, un code particulaire a été développé, basé sur l'approximation centre guide en régime relativiste. Il permet de simuler la propagation de particules chargées dans des champs électromagnétiques 3D issus de simulations MHD. Deux études principales ont été menées avec cet outil. La première concerne la propagation d'électrons quasi-relativistes dans un vent solaire stationnaire. Elle met en évidence une perte d'énergie des particules, attribuée à leur dérive le long du champ électrique convectif, et reproduit les distributions angulaires mesurées par la sonde WIND à 1 UA. La seconde étude porte sur l'interaction d'une CME modélisée par un sphéromak avec des protons relativistes de 5 GeV. Les résultats montrent que les champs transitoires de la CME modifient profondément la distribution spatiale des particules et élargissent significativement leurs spectres énergétiques, le gain d'énergie étant principalement lié à la dérive de gradient dans des zones de fort nabla B.

The interplanetary medium, dominated by the solar wind, is populated by a wide variety of particles, ranging from thermal populations to relativistic particles of solar or cosmic origin. The interaction between these particles and transient structures in the solar wind, such as coronal mass ejections (CMEs), plays a major role in their transport and acceleration. Understanding these interactions requires combining a realistic description of large-scale electromagnetic fields, provided by magnetohydrodynamics (MHD), with a kinetic model capable of accounting for the individual dynamics of particles. During this thesis, a particle code was developed based on the relativistic guiding-center approximation. It enables the simulation of charged particles propagation in three-dimensional electromagnetic fields obtained from MHD simulations. Two main studies were conducted using this tool. The first concerns the propagation of quasi-relativistic electrons in a stationary solar wind. It highlights an energy loss of the particles, attributed to their drift along the convective electric field, and reproduces the angular distributions measured by the WIND spacecraft at 1 AU. The second study focuses on the interaction of a CME modeled as a spheromak with 5 GeV relativistic protons. The results show that the transient fields associated with the CME strongly modify the spatial distribution of the particles and significantly broaden their energy spectra, with the energy gain being mainly linked to the gradient drift in regions of strong nabla B.