Les particules énergétiques solaires : études observationnelles et simulations magnétohydrodynamiques

Solar energetic particles : observationnal studies and magno-hydrodynamic simulation

• Auteur / Autrice : Sophie Masson
• Direction : Karl-Ludwig Klein
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Sauty
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karl-Ludwig Klein, André Balogh, Hubert Baty, Gérard Belmont, Pascal Demoulin, Robert F. Wimmer-Schweingruber
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : André Balogh, Hubert Baty

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétohydrodynamique

Soleil -- Activité

Résumé

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'accélaration et le transport des particules énergétiques solaires. La première partie de mon travail porte sur les particules énergétiques solaires à la Terre. A partir des données multi-instruments, je montre que les particules sont accélérées aux énergies relativistes lors d'un épisode d'accélaration spécifique de la phase impulsive, et que la distance parcourue par les particules est plus longue que la distance théorique. En utilisant des mesures in-situ du champ magnétique et du plasma, j'ai identifié les structures magnétiques interplanétaires guidant les particules pour 10 évènements. Je montre alors que la structure interplanétaire diffère la plupart du temps du milieu interplanétaire standard, et peut donc fortement influer sur le transport interplanétaire des particules. Dans un second volet, j'ai étudié le rôle macroscopique de la dynamique de la reconnexion magnétique dans l'injection et le transport de particules dans la couronne solaire. J'ai réalisé la première simulation 3D magnéto-hydrodynamique (MHD) contrainte par les observations, d'un évènement observé. J'ai montré que la dynamique des rubans observés s'explique par la succession de différents régimes de reconnexion : au point nul et glissant, induit par la présence de quasi-séparatrices entourant les séparatrices. Grâce à une simulation MHD d'une telle topologie hybride dans un champ ouvert, je montre que les particules accélérées au site de reconnexion peuvent être injectées dans un tube de flux étendu, formé par la reconnexion glissante, produisant ainsi un faisceau de particules balayant une large gamme de longitude dans le milieu interplanétaire.

This PhD focuses on the acceleration and the transport of solar energetic particles. The first part of my work consists in the study of energetic particles measured at Earth. Using multi-instrument observations, I highlighted that particles can be accelerated by the flare relativistic energies during a specific episode of accelaration in the impulsive phase and that particles traveled a longer path length than the theoretical length generally assumed. Using in-situ measurements of magnetic field and the plasma, I identified the interplanetary magnetic field for 10 particle events guiding the energetic particles. I showed that the magnetic structure of the interplanetary medium is different than the standard medium, which can affect the interplanetary transport of energetic particles. The second part of my work focuses on the dynamics of magnetic reconnection. Performing the first data-driven 3D magneto-hydrodynamic (MHD) simulation of an observed event, I discovered that the evolution of brightenings, located at separatrix footpoints, can be explained by the succession of two different reconnection regimes : null-point and slipping, induced by a new topological association where null-point separatrices are embedded in quasi-separatrix layers. From MHD simulation of a such hybrid magnetic configuration, involving open field lines, I showed that flare-accelerated particles can be injected in an extended coronal magnetic flux tube through a sweeping motion of energetic particle beams, injeced successively along slipping field times.