Comprendre les mécanismes physiques à l'origine de l'activité éruptive du Soleil
Publié par Redbran le 29/10/2018 à 12:00
Source: CEA-IRFU

Image UV de l'activité solaire prise par le satellite SDO.
Le projet WHOLESUN: comprendre les mécanismes physiques à l'origine de l'activité éruptive du Soleil et de ses jumeaux stellaires

Ce projet vient d'être financé pour une durée de six années par une prestigieuse bourse Synergy ( Synergy est la traduction ango-saxonne du mot synergie Dans l'industrie de l'informatique, Synergy peut faire référence à la marque commerciale d'un logiciel: voir...) du Conseil européen de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...). Quatre experts Européens du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée d'hydrogène...) et des étoiles, issus du département d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers...) du CEA-Irfu / UMR AIM, du Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) en Allemagne, de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de St Andrews au Royaume-Uni et de l'Université d'Oslo en Norvège, vont mettre en commun leurs savoir-faire et connaissances de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de notre étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) et de ses jumeaux. L'objectif est de déterminer au cours des six prochaines années comment le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée...) est généré à l'intérieur du Soleil et comment il crée des tâches solaires à sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) et des éruptions dans son atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) hautement stratifiée. À cette fin, l'équipe développera le modèle du Soleil complet le plus avancé à l'aide des super ordinateurs les plus puissants, dits Exa-scale et le contraindra avec les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) venant de missions spatiales, tel que Solar Orbiter (Orbiter est un simulateur de vol spatial réaliste, diffusé sous forme de graticiel (mais non open source), pour le système d’exploitation Windows, créé par le Dr Martin Schweiger, professeur à...) de l'Agence Spatiale Européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est une agence spatiale intergouvernementale fondée le 31 mai 1975. Elle est chargée de la coordination des projets spatiaux...) (ESA) qui sera lancé en 2020.

Nous vivons autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) d'une étoile magnétique active, notre Soleil, qui a un impact direct sur notre société technologique par sa variabilité et son comportement éruptif. Malgré des décennies de recherches intenses, des questions fondamentales restent pour la plupart sans réponse, telles que: Comment fonctionne le Soleil ? Pourquoi possède-t-il un cycle magnétique, des points noirs et une atmosphère chaude dynamique ?

"Dans le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) Whole Sun (Sun Microsystems (NASDAQ : SUNW) est un constructeur d'ordinateurs et un éditeur de logiciels américain.), nous voulons pour la première fois aborder ces questions clés comme un tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) cohérent. Pendant trop d'années, le Soleil a été divisé en sujets de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) solaire interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet...) et externe et une vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) globale intégrée de sa dynamique complexe des plasmas a fait défaut. Par exemple, les simulations de dynamo (Abréviation de dynamoélectrique, dynamo désigne une machine à courant continu fonctionnant en générateur électrique. Elle a été inventée en Belgique en 1869 par Zénobe Gramme. La...) cherchant à répondre à l'origine du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique et à son comportement cyclique négligent la physique de surface et l'existence de taches solaires, de même que les modèles de surface prennent souvent le champ magnétique comme une entrée donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une...) sans connaître en détail l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) non linéaire entre convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi durant la cuisson des pâtes, l'eau se met en mouvement...), rotation et champs magnétiques dans l'enveloppe externe du Soleil", dit Dr. Allan Sacha Brun, chef du laboratoire dynamique des étoiles, des exoplanètes et de leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) (LDE3) du Département d'Astrophysique (DAp-AIM) au CEA- Paris-Saclay, et coordinateur du projet.


Prof. Laurent Gizon (haut gauche), Dr. Vasilis Archontis (haut droite), Prof. Mats Carlsson (bas gauche) et Dr. Allan Sacha Brun (bas droite) lors de la préparation de l'oral ERC Synergy fin août 2018.

L'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) solaire, avec ses nombreuses manifestations et éruptions de nuages magnétisés et de particules, a un impact direct sur notre société technologique. La comprendre est donc un enjeu sociétal fort. "Le projet WHOLESUN est une approche multidisciplinaire innovante en physique solaire qui amènera à de fructueuses collaborations en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire...)", prévoit le Professeur Eric Priest de l'Université de St Andrews.

En effet, au cours des dernières décennies, la recherche en physique solaire s'est concentrée sur l'étude de la structure et de la dynamique de l'intérieur du Soleil ou de la surface/atmosphère solaire. L'objectif est de consolider les études de ces deux grandes régions solaires, grâce à de fortes synergies entre les membres de l'équipe, afin d'acquérir une compréhension avancée de leur couplage et du Soleil. "L'étude détaillée du couplage (thermo)dynamique et magnétique entre le cœur du Soleil, la surface solaire et l'atmosphère hautement stratifiée est absolument essentielle si l'on veut aborder les problèmes clés et ouverts de la physique solaire" argumente Dr. Antoine Strugarek (DAp-AIM) impliqué dans le projet.

En regroupant des experts de chaque coté de la surface solaire (photosphère) reconnus mondialement, l'équipe développera les simulations du Soleil et les méthodes d'analyses les plus avancées afin de suivre le "cycle de vie (La vie est le nom donné :)" du champ magnétique solaire, depuis sa formation et son amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.) à l'intérieur du Soleil par effet dynamo, jusqu'à son émergence à la surface et sa dynamique éruptive dans l'atmosphère. Le DAp-AIM, outre son expertise sur la dynamique turbulente des étoiles de type solaire et l'origine de leur magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces attractives ou répulsives d'un objet sur un autre, ou avec des...), participera activement au développement du nouveau code solaire global grâce à l'expertise de la Maison (Une maison est un bâtiment de taille moyenne destiné à l'habitation d'une famille, voire de plusieurs, sans être considérée comme un immeuble collectif.) de la Simulation (MdS): "avec l'avènement des ordinateurs exa-scale calculant plusieurs milliards de milliards de calculs par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle plan. La...), il est devenu essentiel, pour attaquer les problèmes les plus difficiles en astrophysique comme le magnétisme solaire, d'utiliser les meilleurs algorithmes et méthodes numériques accessibles", précise Dr. Pierre Kestener (CEA/MdS) participant activement au développement du code dans le projet.

De plus, "l'extension de cette approche intégrée aux jumeaux solaires ayant des vitesses de rotation et une composition chimique différentes permettra également de mieux comprendre le magnétisme et l'activité stellaires" ajoute Allan Sacha Brun, notamment en préparation de la mission de l'ESA PLATO qui partira juste à la fin du projet vers 2026 pour laquelle, comme pour Solar Orbiter, le DAp-AIM a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel de petites...) de l'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :).


Gauche: Simulations 3D globale de la dynamo solaire avec le code ASH (Brun et al. 2004, Augustson, Brun et Toomre 2015), en rouge le champ toroidal de polarité positive. Droite: Simulation 3D locale de la surface solaire avec le code Bifrost (Gudiksen, Carlsson et al. 2011, en rouge les flots (Flots) descendants, et au-dessus en couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) les lignes de champs magnétiques). Un des buts du projet Whole Sun est de fusionner ces deux simulations en une seule cohérente et intégrée.

Contact chercheur:
- Allan-Sacha BRUN
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