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Thèse Année : 2015

Numerical modelling of the solar and stellar magnetism

Modélisation numérique du magnétisme solaire et stellaire

Résumé

Cette thèse traite de la génération d’un champ magnétique par l’écoulement d’un fluide conducteur de l’électricité, connu sous le nom d’effet dynamo. De nombreuses études numériques ont ainsi cherché à comprendre l’origine du champ magnétique terrestre par l’analyse des champs magnétiques engendrés par les mouvements de convection d’un fluide conducteur contenu dans une coquille sphérique en rotation. La plupart de ces modèles simplifiés du noyau externe de fer liquide font communément usage de l’approximation dite de Boussinesq ; cette approximation n’est cependant pas adaptée pour décrire la convection dans des systèmes fortement stratifiés tels que les intérieurs stellaires, dont la zone convective est potentiellement mieux modélisée en ayant recours à l’approximation anélastique qui considère la convection comme une perturbation par rapport à un état de référence stratifié adiabatiquement. À l’aide de simulations numériques directes, nous étudions l’influence de la stratification en densité du système sur les propriétés des champs magnétiques engendrés par effet dynamo. Nos analyses tendent à souligner la robustesse des résultats de géodynamo sur la structure et l’intensité du champ magnétique, lesquels semblent ainsi rester pertinents dans le cadre de l’étude des dynamos stellaires.
Dynamo action, i.e. the self-amplification of a magnetic field by the flow of an electrically conducting fluid, is considered to be the main mechanism for the generation of the magnetic fields of stars and planets. Intensive and systematic param- eter studies by direct numerical simulations using the Boussinesq approximation revealed fundamental properties of these models. However, this approximation considers an incompressible conducting fluid, and is therefore not adequate to describe convection in highly stratified systems like stars or gas giants. A common approach to overcome this difficulty is then to use the anelastic approximation, that allows for a reference density profile while filtering out sound waves for a faster numerical integration. Through a systematic parameter study of spherical anelastic dynamo models, we investigate the influence of the stratification on the dynamo mechanisms, and compare them with previous results obtained in the Boussinesq approximation. We discuss the influence of the density stratification on the field geometry and the field strength. Our results are in overall agreeement with the previous geodynamo studies, and thus the main established results seem to be still relevant to the study of stellar dynamos.
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Dates et versions

tel-01196516 , version 1 (10-09-2015)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01196516 , version 1

Citer

Raphaël Raynaud. Modélisation numérique du magnétisme solaire et stellaire. Physique [physics]. Observatoire de Paris, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01196516⟩
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