Thèse soutenue

Champs magnétiques générés par effet dynamo dans les objets astrophysiques en rotation

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Auteur / Autrice : Mélissa Menu
Direction : Sébastien GaltierLudovic Petitdemange
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique des plasmas
Date : Soutenance le 04/12/2019
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
Laboratoire : Laboratoire de physique des plasmas (Palaiseau, Essonne ; 1997-....)
Jury : Président / Présidente : Caroline Nore
Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Galtier, Ludovic Petitdemange, Franck Plunian, Yannick Ponty, Michael Le Bars, Laurène Jouve
Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Plunian, Yannick Ponty

Résumé

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L'objectif de cette thèse est d'étudier la génération des champs magnétiques astrophysiques via l'effet dynamo. L’impact d’une rotation globale et d’un champ magnétique moyen imposés simultanément , configuration appropriée notamment aux intérieurs planétaires et stellaires, est au cœur de cette étude. Une attention particulière est portée à la dynamique temporelle du système, ainsi qu’à la topologie du champ généré. Dans le but d’obtenir une vision d’ensemble, plusieurs approches numériques ont été utilisées, du modèle cubique (code TURBO) focalisé sur l’étude de phénomènes locaux jusqu’au modèle sphérique (code PaRoDy) permettant une comparaison plus directe avec les observations. Ces deux types de géométrie se complètent dans la mesure où l’approche locale, moins contraignante, permet d’observer précisément les conséquences d’un paramètre tandis que l’approche globale est soumise à des contraintes plus réalistes, telles que la convection thermique. Le modèle local a révélé une cascade inverse d’hélicité hybride, second invariant de la MHD doublement anisotrope, dont l’intensité dépend de plusieurs paramètres. Celle-ci est plus importante lorsque la polarisation favorisée par le forçage correspond aux ondes magnétostrophiques (polarisation droite). Également, l’angle d’inclinaison entre les axes du champ magnétique et de la rotation joue un rôle prépondérant, en particulier lorsque θ≻35°, valeur pour laquelle le processus à l’origine de la cascade change et l’affaiblit. Enfin, augmenter le nombre de Prandtl magnétique (Pm) mène à un transfert de l’énergie magnétique vers les grandes échelles plus rapide et plus important . L’étude globale montre également le rôle clé de Pm dans la génération du champ à grande échelle. En effet, les nouvelles valeurs explorées montrent que de forts champs dipolaires peuvent être maintenus dans des régimes plus turbulents. Ce comportement spécifique correspond aux dynamos pour lesquelles la force de Lorentz est non négligeable à grande échelle. L’importance relative de l’inertie face aux forces magnétique est décisive dans la topologie du champ observé. Ainsi, la transition d’un régime dipolaire vers un régime multipolaire est retardée par la force de Lorentz, composante essentielle des équilibres de forces en astrophysique. Ces résultats pourrait s’appliquer à divers systèmes, notamment au champ géomagnétique pendant les renversements.