ED Sciences Physiques et de l'Ingénieur
Etude en laboratoire des processus d'échange d'énergie particules/plasma magnétisé pertinents pour l'astrophysique
par Tessa WALTENSPIEL (Centre Lasers Intenses et Applications)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Amphithéâtre Becquerel École Polytechnique, Route de Saclay 91120 Palaiseau
devant le jury composé de
- Emmanuel D'HUMIERES - Professeur - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Patrizio ANTICI - Professeur - Institut National de la Recherche Scientifique - CoDirecteur de these
- Alexandre MARCOWITH - Directeur de recherche - Université de Montpellier - Rapporteur
- Bruno ALBERTAZZI - Chargé de recherche - CNRS LULI - Examinateur
- François VIDAL - Professeur - Institut National de la Recherche Scientifique - Examinateur
- Claire MICHAUT - Directrice de recherche - Observatoire de la Côte d'Azur - Rapporteur
L'observation in situ dans l'espace d'interactions magnétiques et de processus d'énergisation des particules reste difficile avec les appareils en orbite autour de la Terre ou voyageant dans le Sytème Solaire. En effet, ces mécanismes sont rapides (à peine quelques heures pour les plus longs d'entre eux), très localisés spatialement et quasiment impossible à prédire. Par conséquent, l'essor de la technologie laser depuis le milieu du siècle dernier et le développement des lasers de haute puissance aujourd'hui disponibles nous permettent de recréer en laboratoire et à échelle réduite ces phénomènes survenant dans divers évènements et au sein de différents objects dans l'Univers. Ainsi, on se place dans le cadre de l'Astrophysique de laboratoire. Une caractéristique essentielle du champ magnétique en Astrophysique est la magnétisation spontanée des plasmas. En effet, l'effet Biermann battery, qui engendre la formation d'un champ magnétique auto-généré quand les conditions de densité et de température électronique sont réunies, permet la magnétisation d'un milieu sans requérir de sources externes de champ. Notre étude a été portée sur les interactions magnétiques se basant uniquement sur des plasmas magnétisés par cet effet. Le projet de thèse porte sur l'étude en laboratoire de deux processus d'interactions entre plasmas magnétisés : la compression magnétique et la reconnexion magnétique. Ces deux mécanismes, dont l'apparition dépend de l'orientation des champs magnétiques les uns par rapport aux autres, sont tous les deux les objets d'intenses recherches en raison de leur rôle présumé dans le chauffage prompt du plasma et l'énergisation des particules qui sont observés dans diverses situations astrophysiques, comme par exemple au sein des arches solaires ou lors d'interactions entre le vent solaire et le champ magnétique terrestre. Cette étude s'est focalisée sur des aspects caractéristiques de ces interactions magnétisées et de leur évolution, notamment la saturation du champ magnétique compressé par le phénomène de compression magnétique, ou la fragmentation de la couche de reconnexion due aux instabilités de déchirement y survenant. Nous avons développé une plateforme de laboratoire pour étudier en détail ces processus. Les travaux dans ce cadre s'appuient en partie sur des études antérieures pour affiner notre compréhension, mais aussi en introduisant de nouvelles spécificités, notamment liées à l'étude des champs magnétiques auto-générés par l'effet Biermann battery ou des configurations 3D qui s'écartent des topologies 2D idéalisées utilisées jusqu'à présent en laboratoire. De plus, aucune source extérieure de champ magnétique n'a été apportée, pour se placer dans des configurations similaires aux conditions astrophysiques. Avec ce projet, nous procurons de nouveaux outils de compréhension de ces phénomènes plasma qui, grâce à la combinaison de techniques accessibles aujourd'hui, deviennent accessibles à l'expérimentation en laboratoire. Ainsi, nous présentons de nouveaux résultats sur ces sujets très importants pour l'ensemble des questions de production de particules hautement énergétiques dans l'Univers.