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Thèse de Lucile Turc le 30 septembre à 14h30

Interaction des nuages magnétiques éjectés par le Soleil avec l’environnement terrestre

Lieu  : Ecole Polytechnique, amphi Becquerel

Résumé  :
Les nuages magnétiques sont des structures émises par le Soleil lors d’éruptions violentes et qui se propagent ensuite dans le système solaire à des vitesses supersoniques. Ils se démarquent du vent solaire ambiant par une intensification et une rotation lente du champ magnétique. Ils sont à l’origine de fortes perturbations dans l’environnement magnétique terrestre qui peuvent avoir des conséquences importantes sur les activités humaines spatiales (satellites, liaisons GPS, …) voire au sol (réseaux électriques, …).
Lorsque les nuages magnétiques arrivent au voisinage de la Terre, ils rencontrent tout d’abord le choc d’étrave. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à l’altération de la structure magnétique des nuages à la traversée de l’onde de choc terrestre et lors de leur propagation en aval de celui-ci. Ce problème a été abordé sous trois angles différents et complémentaires : l’analyse de données de satellites, notamment de la mission Cluster de l’ESA, le développement d’un modèle décrivant de façon globale la traversée du choc et la propagation du nuage en aval de celui-ci, et enfin la simulation numérique (code hybride).
Les résultats obtenus à l’aide de ces trois approches s’accordent pour montrer que la variation de la structure magnétique des nuages au passage de l’onde de choc est étroitement liée à la configuration magnétique du nuage par rapport au choc. Dans certaines conditions, la structure du nuage est complètement perturbée en aval du choc. On peut alors observer une inversion du champ magnétique du nuage et le développement de turbulence dans une partie de l’aval. A l’aide d’un modèle de la région aval, nous identifions les régions favorables à la reconnexion magnétique et donc au développement d’activité magnétique dans l’environnement terrestre. Les simulations numériques permettent de caractériser les régions turbulentes en aval et aussi en amont de l’onde de choc. Au final, du fait de l’altération de leur structure au passage du choc, certains nuages magnétiques peuvent avoir un impact sur l’environnement terrestre différent de celui attendu à partir de leurs caractéristiques dans le vent solaire.

Title : Interaction of magnetic clouds emitted by the Sun with the Earth’s environment

Abstract :
Magnetic clouds are huge structures released from the Sun through violent eruptions, which then propagate into the solar system at supersonic speeds. They are characterised in the solar wind by an enhanced and smoothly-rotating magnetic field. They cause large disturbances in the Earth’s environment which sometimes have an impact on human activity in space (telecommunications, GPS, …) and on the ground (electrical networks,...).
When magnetic clouds arrive in the vicinity of Earth, they first encounter the bow shock. In this thesis, we focus on the alteration of the magnetic structure of the clouds at the bow shock’s crossing and during their propagation in the downstream region. Three different approaches complementing one another are employed to address this issue : we first analyse data from different spacecraft, in particular from ESA’s Cluster mission, then we develop a model describing as a whole the bow shock’s crossing and the propagation of the magnetic cloud in the downstream region, and finally we use numerical simulations (hybrid code).
The results obtained with these three methods consistently show that the variation of the cloud’s structure accross the bow shock is strongly related to the magnetic configuration of the magnetic cloud relative to the shock. We show that in some cases the magnetic cloud’s structure is strongly altered. Its magnetic field direction can then reverse and a high level of turbulence is observed downstream of the shock. Using the model we developed, we estimate the location of the regions favorable to reconnection processes, which give rise to disturbances in the Earth’s environment. The numerical simulations allow us to investigate the turbulent regions downstream and also upstream of the bow shock. Finally, we find that, owing to the modification of their magnetic structure accross the bow shock, the impact of certain magnetic clouds on the Earth’s environment can differ from that estimated from their characteristics in the solar wind.


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