Observation et modélisation de l'érosion des nuages magnétiques solaires par reconnexion magnétique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2013

Observation et modélisation de l'érosion des nuages magnétiques solaires par reconnexion magnétique

Résumé

Magnetic clouds (MCs), described as large-scale structures with a magnetic flux-rope topology, interact with the surrounding interplanetary medium during their propagation. McComas et al. (1988), and later Dasso et al. (2006), were the first to propose that magnetic reconnection might peel off the outer magnetic structure of ICMEs. This erosion process is the core subject of this thesis. First, we confirm the occurrence of MC erosion, thanks to a multi-spacecraft study combining a set of key signatures expected from this process. Based on careful determination of the MC main axis, we estimate the amount of magnetic flux eroded by analyzing the azimuthal flux imbalance during the spacecraft sampling of the flux rope. Consistent with this process, we also find clear magnetic reconnection signatures at the MC front boundary. Finally, we investigate the characteristics of suprathermal electrons in the back region of the MC. Those electrons are shown to signal large-scale topological changes also expected from the erosion process. In a second part, a statistical analysis of all MCs of solar cycle 23 is performed in order to quantify this process. We show that the process is very frequent. It often occurs in large amounts, and at both the front and back boundaries of MCs. The statistics of reconnection jets at these boundaries confirms the significance and high recurrence of the process even up to 1 AU. In a last part, since the erosion mechanism can lead to the removal of part of the southward oriented magnetic field at the front or the rear of MCs, we study the potential impact of this mechanism on their geo-effectiveness by using a standard MC model and an empirical model of the ring current strength. We also estimate the radial evolution of this process based on simple models. We conclude that most of the erosion is expected to occur within Mercury's orbit.
Les nuages magnétiques ("Magnetic Clouds ", MCs) sont assimilés à des structures helicoïdales à grande échelle interagissant avec le milieu interplanétaire au cours de leur propagation. McComas et al. (1988), suivi par Dasso et al. (2006), ont envisagé la reconnexion magnétique comme processus pouvant graduellement éroder la structure externe des éjections de masse coronale interplanétaires. Ce processus d'érosion est le sujet central de cette thèse. Tout d'abord, nous confirmons l'existence de l'érosion d'un nuage magnétique grâce à une étude multi-satellites combinant un ensemble de signatures clés. Après avoir déterminé l'orientation des axes du MC par différentes méthodes, nous estimons le taux de flux magnétique érodé en analysant les variations du flux magnétique azimutal du MC. Nous démontrons aussi la présence de signatures de reconnexion magnétique à la frontière avant du MC, tel qu'attendue. Finalement, nous étudions les caractéristiques de la distribution en angle d'attaque des électrons suprathermiques dans la région arrière du MC. Ces électrons indiquent des modifications topologiques à grande échelle, attendues du processus d'érosion. Dans une seconde partie, une analyse statistique de tous les nuages magnétiques observés au cours de la période 1995-2008 est réalisée dans le but de quantifier ce processus. Nous montrons que ce processus est récurrent : l'érosion est relevée à l'avant et à l'arrière dans les mêmes proportions. Cela est confirmé par l'étude statistique des jets de plasma aux frontières, qui démontre indépendamment la fréquence élevée du processus d'érosion. Dans une dernière partie, parce que le mécanisme d'érosion est susceptible de supprimer une partie de flux magnétique orienté vers le Sud d'un MC, à l'avant ou à l'arrière, nous étudions l'impact potentiel de l'érosion sur la géo-efficacité résultante, en utilisant un modèle de MC combiné à un modèle empirique de l'intensité du courant annulaire terrestre. Nous modélisons aussi l'évolution radiale de ce processus. Nous concluons que la majeure partie de l'érosion se produit à l'intérieur de l'orbite de Mercure.
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Dates et versions

tel-00953668 , version 1 (28-02-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00953668 , version 1

Citer

Alexis Ruffenach. Observation et modélisation de l'érosion des nuages magnétiques solaires par reconnexion magnétique. Astrophysique stellaire et solaire [astro-ph.SR]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00953668⟩
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