Chocs forts et radiatifs d'intérêt pour les environnements stellaires : étude expérimentale et approche numérique

Strong radiative shocks relevant for stellar environments : experimental study and numerical approach

• Auteur / Autrice : Raj Laxmi Singh
• Direction : Chantal Stehlé, Jean Larour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 02/03/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des plasmas (Palaiseau, Essonne ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Caterina Riconda
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthias González
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Katerina Falk, Sylvaine Turck-Chièze

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie

Hydrodynamique

Plasmas produits par laser

Mots clés libres

Choc radiatif

Hydrodynamique

Plasmas laser

Spectroscopie

Astrophysique de laboratoire

Physique à haute densité d'énergie

Radiative shock

Laboratory astrophysics

Numerical simulations

Résumé

Les chocs forts sont présents dans des phénomènes astrophysiques variés. De tels chocs sont fortement influencés par le rayonnement par son couplage avec l’hydrodynamique. Par suite, leur topologie et leur dynamique sont assez complexes. Générer de tels chocs hypersoniques en laboratoire, dans des conditions contrôlées, est ainsi un outil pertinent pour étudier l’influence du rayonnement et pour comparer aux résultats des simulations numériques. Ces chocs sont générés par des lasers intenses et par des moyens électromagnétiques. La première partie du texte est consacré à l’étude numérique et expérimentale de l’interaction de deux chocs induits par laser se propageant en sens contraires. Les expériences ont été menées sur l’installation laser kJ PALS, qui permet de former deux chocs avec des vitesses propres différentes (~ 30-55 et 10-25 km/s respectivement) dans des gaz rares à pression faible (moins de 1 bar). Des diagnostics ont été installés : interférométrie visible, spectroscopie visible à résolution spatiale et temporelle, spectroscopie XUV intégrée en temps. Nos expériences montrent une forte interaction entre les deux précurseurs radiatifs. Les paramètres physiques du plasma ont été déduits de ces diagnostics et comparés aux résultats de simulations monodimensionnelles. La seconde partie est consacrée à la conception d’une expérience où le choc est généré de façon électromagnétique. L’optimisation de ce générateur est présentée ainsi que l’environnement expérimental permettant d’étudier des chocs jusqu’à 30 km/s dans des gaz rares peu denses (1 mbar).

Strong shocks are present in various astrophysical phenomena. Such shocks are strongly influenced by the radiation through its coupling with hydrodynamics. Thus their topology and dynamics are quite complex. Generating such hypersonic shocks in the laboratory, with controlled conditions, is thus an adequate tool to study the influence of radiation and to compare them with numerical simulations. Such shocks can be generated by intense lasers and electromagnetic devices.The first part of this dissertation concerns the numerical and experimental study of the interaction of two counter propagating laser-driven shocks. The experiments, performed at the kJ PALS laser facility allowed to generate shocks with different speeds (~ 30-55 km/s and 10-25 km/s), in noble gases and low pressure (less than 1 bar). Several diagnostics were implemented: visible interferometry, time- and space-resolved visible spectroscopy, and time integrated XUV spectroscopy. Our experiment shows a strong interaction of one radiative precursor onto the second one. The physical parameters of the plasma were deduced from the diagnostics and compared with 1-D simulation results. The second part is devoted to the design of an experiment where the shock is generated electromagnetically. The optimization of this generator is presented and also the full experimental set up which allows studying shock ~ 30 km/s in noble gas at ~ 1 mbar.