Effet du mélange interne sur l'évolution des étoiles : processus de transport dans les zones radiatives

Effect of the internal mixing on stellar evolution : transport processes in radiation zones

• Auteur / Autrice : Stéphane Mathis
• Direction : Jean-Paul Zahn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Terre, océan, espace
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Dynamique des fluides astrophysiques

Etoiles en rotation

Champ magnétique stellaire

Magnétohydrodynamique

Mélange turbulent

Résumé

Cette thèse présente une étude détaillée du mélange rotationnel, c'est à dire des processus de transport et de mélange dûs à la rotation différentielle dans les zones radiatives des étoiles. Tout d'abord, nous examinons le mélange rotationnel de type I: le moment cinétique et les éléments chimiques y sont transportés par la circulation méridienne induite par le déséquilibre thermique engendré par la rotation et par la turbulence dûe aux instabilités de cisaillement. Nous généralisons sa modélisation actuelle en traitant simultanément le coeur des régions radiatives et leur(s) interface(s) avec les régions convectives, les tachoclines. Puis, nous dérivons une nouvelle prescription pour le transport turbulent horizontal en utilisant les résultats des expériences de laboratoire de type Couette-Taylor qui permettent d'étudier la turbulence engendrée par la rotation différentielle. Cependant, la prise en compte de ces deux mécanismes dans les modèles conduisent à des résultats en désaccord avec les observations pour les étoiles de type solaire. Ces dernières ont en effet été ralenties au cours de leur évolution et les processus de transport dûs à la rotation y sont donc moins efficaces. Nous étudions alors le mélange rotationnel de type II où les composés chimiques sont toujours transportés par la circulation méridienne et par la turbulence, mais où le transport du moment cinétique est assuré par un agent de transport plus efficace, le champ magnétique ou les ondes internes que nous introduisons de manière consistante. Les applications astrophysiques sont présentées à la fin de chaque chapitre.

This thesis presents a detailed study of transport and mixing processes due to differential rotation in stellar radiation zones, which are called rotational mixing. First, we study the rotational mixing of type I where angular momentum and chemical species are transported by the meridional circulation due to the thermal imbalance caused by rotation and by the turbulence due to shear instabilities. We generalize its present modelling to treat simultaneously the bulk of radiation zones and their interfaces with convective zones, the tachoclines. Then, we present a new prescription for the horizontal turbulent transport which is derived from Couette-Taylor laboratory experiments that allow to study turbulence induced by differential rotation. However, the introduction of those two mechanisms in stellar models leads to results which do not agree with observations of solar type stars, because these have been slowed down by the wind during their evolution and hence the rotational processes are less efficient. Therefore, we consider the rotational mixing of type II where chemicals are still transported by meridional circulation and turbulence, but where angular momentum is carried by another process, the magnetic field or the internal waves which are introduced in a consistent way. The astrophysical applications are presented at the end of each chapter.