From Vlasov to STEREO: nonlinear coupling in the solar wind

Résumé : De nombreux plasmas astrophysiques, dont le vent solaire, sont non-collisionels. Les fréquences typiques des processus dynamiques sont grandes devant la fréquence de collision, de sorte que le vent solaire est hors équilibre thermodynamique local. Dans ce contexte, les processus cinétiques et/ou non-linéaires (interactions ondes-particules et ondesondes) permettent de redistribuer l'énergie dans le plasma. Si les processus cinétiques et la théorie non-linéaire des plasmas ont été intensivement étudiés depuis les années 1960, des preuves observationnelles concluantes manquent encore. L'objectif de cette thèse est double : d'une part comprendre les effets cinétiques et/ou nonlinéaires (en particulier dans le cas des couplages electrostatiques ions-electrons) et d'autre part fournir des preuves observationnelles de leur existence dans les plasmas spatiaux. Cette étude se fonde sur des observations in-situ et des simulations numériques. Les mesures de formes d'onde de champ électrique sont fournies par l'instrument radioWAVES embarqué sur les sondes STEREO. Les simulations numériques sont réalisées en utilisant un code cinétique Vlasov-Poisson unidimensionel dans l'approximation électrostatique. Les résultats de cette thèse sont les suivants. (1) Une méthode de mesure et d'étalonnage in-situ des fluctuations de densité haute fréquence (0.1 - 1kHz donc dans un domaine non accessible par les instruments particulaires) a été développée en utilisant les variations quasi-statiques du potentiel flottant des sondes. (2) Des mesures simultanées de champ électrique et de densité sur plus de trois ans de données fournissent la première preuve observationnelle d'effets pondéromoteurs dans le vent solaire, permettant de coupler la densité du plasma aux ondes de Langmuir de grande amplitude. (3) Ce travail fournit également la première preuve observationnelle directe de l'instabilité de décroissance des ondes de Langmuir, un archétype d'interaction onde-onde, associé à un sursaut de type III. Le caractère résonant de l'interaction est validé grâce aux observations de forme d'ondes, en vérifiant la conservation de l'impulsion et de l'énergie (relations de résonances), ainsi que la résonance de phase à travers une analyse de bicohérence. Les simulations fournissent une nouvelle expression du seuil d'instabilité de décroissance des ondes de Langmuir, en accord avec les niveaux d'énergie observés. (4) Enfin, les simulations Vlasov-Poisson montrent que l'évolution de la turbulence faible de Langmuir sur des temps longs tend vers un régime de turbulence forte via la formation de structures cohérentes électrostatiques (cavitons). Cette thèse illustre l'importance d'une approche complémentaire observations-simulations pour l'étude des plasmas spatiaux, ainsi que le rôle fondamental joué par les processus cinétiques.
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Thèse
Astrophysics [astro-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. English
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Soumis le : jeudi 4 novembre 2010 - 11:38:14
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Document(s) archivé(s) le : vendredi 26 octobre 2012 - 14:56:14

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Pierre Henri. From Vlasov to STEREO: nonlinear coupling in the solar wind. Astrophysics [astro-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. English. 〈tel-00532627〉

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