Observation et modélisation de l'érosion des nuages magnétiques solaires par reconnexion magnétique

Observation and modelisation of solar magnetic clouds by magnetic reconnection

• Auteur / Autrice : Alexis Ruffenach
• Direction : Benoît Lavraud, Jean-André Sauvaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, sciences de l'espace, planétologie
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Érosion

Vents solaires

Reconnexion magnétique

Mots clés libres

Icme

Nuage magnétique

Reconnexion magnétique

Vent solaire

Résumé

Les nuages magnétiques (''Magnetic Clouds'', MCs) sont assimilés à des structures hélicoïdales à grande échelle interagissant avec le milieu interplanétaire au cours de leur propagation et dont leur structure externe peut graduellement s'éroder. Tout d'abord, nous confirmons l'existence de l'érosion d'un MC grâce à une étude multi-satellites combinant un ensemble de signatures clés. Nous estimons le taux de flux magnétique érodé en analysant les variations du flux magnétique azimutal du MC. Nous démontrons aussi la présence de signatures de reconnexion magnétique à la frontière avant du MC, tel qu'attendue. Finalement, nous étudions les caractéristiques de la distribution en angle d'attaque des électrons suprathermiques, considérés comme des traceurs du milieu interplanétaire, dans la région arrière du MC. Dans une seconde partie, une analyse statistique de tous les MCs observés au cours de la période 1995-2008, est réalisée dans le but de quantifier ce processus. Nous montrons que ce processus est récurrent : l'érosion est relevée à l'avant et à l'arrière dans les mêmes proportions. Cela est confirmé par l'étude statistique des jets de plasma aux frontières, qui démontre indépendamment la fréquence élevée du processus d'érosion. Dans une dernière partie, nous étudions l'impact potentiel de l'érosion, susceptible de supprimer une partie de son flux magnétique orienté vers le Sud, sur la géo-efficacité résultante en utilisant un modèle de MC combiné à un modèle empirique de l'intensité du courant annulaire terrestre. Nous modélisons aussi l'évolution radiale de ce processus. Nous concluons que la majeure partie de l'érosion se produit à l'intérieur de l'orbite de Mercure.

Magnetic clouds (MCs), described as large-scale structures with a magnetic flux-rope topology, interact with the surrounding interplanetary medium during their propagation. Magnetic reconnection might peel off the outer magnetic structure of ICMEs. First, we confirm the occurrence of MC erosion, thanks to a multi-spacecraft study combining a set of key signatures expected from this process. We estimate the amount of magnetic flux eroded by analyzing the azimuthal flux imbalance during the spacecraft sampling of the flux rope. Consistent with this process, we also find clear magnetic reconnection signatures at the MC front boundary. Finally, we investigate the characteristics of suprathermal electrons, topological tracers of the interplanetary medium, in the back region of the MC. In a second part, a statistical analysis of all MCs of solar cycle 23 is performed in order to quantify this process. We show that the process is very frequent. It often occurs in large amounts, and at both the front and back boundaries of MCs. The statistics of reconnection jets at these boundaries confirms the significance and high recurrence of the process even up to 1 AU. In a last part, since the erosion mechanism can lead to the removal of part of the southward oriented magnetic field at the front or the rear of MCs, we study the potential impact of this mechanism on their geo-effectiveness by using a standard MC model and an empirical model of the ring current strength. We also estimate the radial evolution of this process based on simple models. We conclude that most of the erosion is expected to occur within Mercury's orbit.