Étude de la reconnexion magnétique dans les plasmas turbulents à partir des données satellites

Study of Magnetic Reconnection in Turbulent Plasma Using Satellite Data

• Auteur / Autrice : Alexandros Chasapis
• Direction : Patrick Canu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des plasmas (Palaiseau, Essonne ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Karine Bocchialini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Canu, Karine Bocchialini, Benoît Lavraud, William Matthaeus, Alessandro Retino, Pierre Henri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoît Lavraud, William Matthaeus

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmas (gaz ionisés) -- Turbulence

Plasmas (gaz ionisés)

Reconnexion magnétique

Mots clés libres

Reconnexion magnétique

Turbulence

Magnetogaine

Physique spatiale

Physique des plasmas

Magnetic reconnection

Turbulence

Electron heating

Space physics

Plasma physics

Résumé

La reconnexion magnétique est un mécanisme fondamental de conversion d'énergie dans le plasma. Il se déroule dans les régions minces de fort courant appelées couches de courants, et produit le chauffage et l accélération des particules. Dans un milieu turbulent, la reconnexion magnétique a été observée dans de petites structures qui se forment dans celui-ci, et on a postulé que cela contribue de façon importante la dissipation de l'énergie turbulente l'échelle cinétique. Pour ce travail, nous examinons les données des satellites Custer dans la magnétogaine de la Terre, en aval du choc quasi-parallèle. La détection des couches de courant d'échelle ionique a été réalisé par l'application de la méthode de la variance partielle des incréments (PVI) pour des satellites multiples. Les proprietées des couches de courant observées étaient différentes pour des valeurs de l'indice PVI élevées(PV I > 3) et bas (PV I < 3). Nous avons observé une population distincte de haut indice PVI (> 3) structures qui représentaient ~ 20% du total. Ces couches de courant ont une rotation du champ magnétique élevée (> 90o). Afin d'estimer le chauffage local survenant dans ces couches de courant, une estimation de la température des électrons a été obtenue à haute résolution temporelle (125ms) parles distributions d'électrons partielles mesurées par Cluster. Cela a permis pour la première fois d'étudier le chauffage d'électrons localisés dans les couches de courant d'échelle ionique. L'augmentation observée de la température des électrons estimée dans les couches de courant aux PVI élevées suggèrent qu'ils sont importants pour le chauffage local d'électrons et de dissipation d'énergie. Nous avons également examiné les mesures l'intérieur de la région de diffusion d'une couche de courant o la reconnexion magnétique est en cours. Les observations simultanées par des satellites multiples permettent aussi d'étudier les distributions d'électrons et l'activité des ondes à des distances différentes de la ligne x. Des différences significatives ont été observées dans les populations d'électrons comme ils ont été chauffés en passant par la couche de courant. En particulier, les électrons sont chauffés dans la direction parallèle au champ magnétique proximité de la ligne x, alors qu'aucune variation significative n'a été observée dans la direction perpendiculaire. Cependant,la distribution est plus isotrope en aval de la ligne x, chauffées par des électrons dans la direction perpendiculaire.

Magnetic reconnection is a fundamental energy conversion process in plasma. It occurs in thin regions of strong current known as current sheets and results in particle heating and acceleration. In turbulence, which is ubiquitous in space plasma, magnetic reconnection has been observed to occur in small scale structures that form therein, and is thought to contribute to dissipation of turbulent energy at kinetic scales. For this work we examine data from the Cluster spacecraft in the Earth's magnetosheath, downstream of the quasi-parallel shock. The detection of ion-scale current sheets was performed by implementing the PartialVariance of Increments (PVI) method for multiple spacecraft. The properties of the observed current sheets were different for high (> 3) and low (< 3) values of the PVI index. We observed a distinct population of high PVI (> 3) structures that accounted for ~ 20% of the total. Those current sheets have high magneticshear (> 90degrees). In order to estimate the local heating occurring within those current sheets, a proxy of the electron temperature was obtained at high time resolution(125ms) from the partial distributions measured by Cluster. This allowed for the first time to study the localized electron heating within ion-scale currentsheets. The observed enhancement of the estimated electron temperature withinthe high PVI current sheets suggest that they are important for local electron heating and energy dissipation. We also examined measurements inside the diffusion region of a thin reconnecting current sheet. Multi-spacecraft observationsallow as to study electron distributions and wave activity at different distances from the x-line. Significant differences were observed in the electron populations as they were heated going through the current sheet. In particular electrons were heated in the direction parallel to the magnetic field in close proximity to thex-line, whereas no significant variation was observed in the perpendicular direction. However, the distribution was more isotropic downstream of the x-line with electrons heated in the perpendicular direction.