La source solaire des particules énergétiques interplanétaires

• Auteur / Autrice : Chuan Li
• Direction : Cheng Fang, Jean-Claude Vial
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace. Astrophysique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11 en cotutelle avec Université de Nanjing
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmas cosmiques

Éruptions solaires

Particules (physique)

Mots clés libres

Ejections de masse coronale

Résumé

Les particules énergétiques solaires (Solar energetic particles ou SEPs), dans les bandes d'énergie comprises entre quelques keV et plusieurs GeV, constituent la population de faisceaux de particules produites par une libération rapide d'énergie magnétique lors des éruptions solaires. Depuis leur découverte en 1942, l'étude des SEPs est devenu un champ de recherche très actif en physique solaire et de l'espace. Les SEPs contiennent une précieuse information en terme de spectres d'énergie, d'abondances élémentaires et d'états d'ionisation. On a ainsi accès aux propriétés de leur source de plasma et aux mécanismes physiques de leur accélération. L'étude des SEPs met en œuvre les théories de physique solaire et joue également un rôle important dans la prédiction des effets perturbateurs des radiations dans l'espace. Mes travaux de recherche de thèse se focalisent sur les évènements SEPs majeurs ayant des effets géomagnétiques. En combinant les données particulaires, spatiales et « sol» (moniteurs à neutron) avec les observations multi-longueurs d'onde de régions actives solaires, nous discutons les contributions des éruptions et des éjections de masse coronale (coronal mass ejections au CMEs) dans la production des SEPS interplanétaires. La thèse est organisée comme suit :Dans le chapitre I, nous présenterons tout d'abord l'histoire et les études récentes des SEPs. On peut les résumer sous le sigle des trois « T » : trois sources d' accélération (éruptions, CMEs et reconfiguration du champ magnétique coronal), trois classifications (impulsif et graduel, mixte et hybride, prompt et retardé), trois mécanismes d'accélération (champ continu, accélération stochastique et continue). L'objectif de la thèse est l'analyse de l'accélération lors des éruptions produisant les évènements SEPs majeurs. Dans le chapitre 2, nous déduisons le taux de reconnexion magnétique lors de trois évènements SEPs majeurs et le comparons avec les émissions À X, microonde et non thermique des particules. La bonne corrélation trouvée est le signe que la re-connexion magnétique gouverne la libération d'énergie dans une éruption et que le champ électrique induit pourrait accélérer avec beaucoup d'efficacité les particules non-thermiques. Dans le chapitre 3, sur la base d'une extrapolation du champ magnétique photosphérique, l'analyse des spectres dynamiques radio et l'observation des perturbations coronales à grande échelle, nous avons pu établir qu'un champ magnétique ouvert s'étendant de la région d'éruption jusqu'à l'espace interplanétaire, doit nécessairement exister. En conséquence, les particules accélérées lors des éruptions, pourraient ainsi s'échapper vers l'espace interplanétaire le long de ces lignes de champ ouvertes. Dans le chapitre 4, en utilisant diverses méthodes (approximation sans diffusion et équation de focalisation), nous déduisons le temps de libération des particules dans ces évènements à SEPs majeurs, ce temps coïncide avec l'émission non-thermique. Nous insistons sur le fait qu'il n'est pas raisonnable d'identifier le temps de libération des particules avec le début de l'émission en X-mous. Dans le chapitre 5, nous trouvons que dans les évènements à SEPs majeurs, les particules interplanétaires montrent une injection en deux étapes. L'injection initiale impulsive est bien corrélée avec l'éruption, avec un spectre plus dur ; l'injection graduelle retardée est, elle, issue du choc induit par CME et possède un spectre moins dur. L'étude statistique des évènements à "ground level enhancement" (ou GLE) pendant le cycle solaire 23 prouve également que la contribution de l'accélération par l'éruption pendant les évènements à SEPs est absolument nécessaire. Les deux derniers chapitres donnent les conclusions de la thèse et proposent des études ultérieures. Nous présentons aussi quelques questions ouvertes dans la recherche présente sur les SEPs et une brève introduction aux Solar Sentinels et quelques autres missions spatiales. Nous exprimons notre grande confiance en ce qui concerne l'avenir des études sur les SEPs.