Soutenance de thèse de Xavier Bonnin le 24 novembre 2008

Résumé

Les sursauts radio solaires de type III sont produits par des faisceaux d’électrons suprathermiques accélérés dans la couronne solaire au voisinage des régions actives, et voyageant le long de lignes de champ magnétique ouvertes sur le milieu interplanétaire. Au cours de leur propagation dans le plasma ambiant, ces paquets d’électrons excitent localement par effet Landau inverse des ondes électrostatiques – dites de Langmuir – qui oscillent à la fréquence plasma électronique fp. Par des processus non linéaires de couplages « ondes-ondes », ces ondes sont ensuite en partie converties en ondes électromagnétiques à la fréquence fondamentale f_p et/ou à la fréquence harmonique 2f_p.

La première partie de ma thèse a consisté à déterminer, par une méthode statistique, le diagramme d’émission moyen des sursauts de type III interplanétaires observés dans la gamme de fréquences [0,1−1 MHz]. À cet effet, j’ai développé dans un premier temps une importante base de données regroupant plus de deux milles sursauts observés simultanément par les sondes spatiales Wind et Ulysse entre 1995 et 2005. Le diagramme obtenu à partir de cette base de données présente, en longitude, une ouverture angulaire bien supérieure au cône d’émission imposé par la réfraction du rayonnement dans le plasma ambiant (la largeur à mi-hauteur est de l’ordre de 110° à 800 kHz). De plus, contre toute attente, la direction du maximum d’émission dévie de manière significative par rapport à la direction du champ magnétique local (la déviation observée est de l’ordre de 20° à 800 kHz). Ces deux caractéristiques, qui tendent à augmenter vers les basses fréquences, sont très probablement la conséquence, d’une part, d’importants effets de diffusion qui élargissent le cône de visibilité de l’émission radio, et d’autre part, de la présence d’un gradient de densité au voisinage de la source radio qui tend à focaliser le rayonnement dans une direction transverse à celle du champ magnétique. Par ailleurs, on a pu constater que les effets de directivité en latitude (c.-à-d. hors écliptique) restaient faibles, et qu’aucune variation significative du diagramme n’était observée au cours du cycle solaire.

Des mesures de densité et de vitesse du vent solaire réalisées in situ par la sonde Wind en orbite autour de la Terre, ont confirmé, dans un nombre très restreint de cas, l’existence d’un gradient de densité au voisinage des sources radio. Le développement et l’utilisation de simulations numériques de tracé de rayons dans le milieu interplanétaire m’a ensuite permis de reproduire, en partie, la déviation du maximum d’émission du diagramme à partir des caractéristiques moyennes des gradients observés.

Le lancement en octobre 2006 des deux sondes de la mission STEREO, entièrement dédiée à l’étude stéréoscopique du soleil, m’a fourni l’occasion d’étendre, dans une seconde partie, l’étude du diagramme aux sursauts observés dans la couronne jusqu’à 10 MHz. La connaissance du diagramme d’émission sur l’ensemble de la gamme de fréquences [0.1-10 MHz] a ainsi permis de mesurer, pour la première fois, la puissance radio intrinsèque (c.-à-d. soustrait des effets de directivité) moyenne rayonnée par les sursauts de type III, et ce, depuis la haute couronne jusqu’à 1 unité astronomique. En particulier, ces mesures montrent que la puissance radio présente un maximum autour de 1 MHz dont l’origine reste à préciser. Par ailleurs, des mesures de la vitesse des faisceaux d’électrons associés aux sursauts de types III, réalisées indépendamment à partir de la dérive en fréquence des émissions radio, ont également révélé l’existence d’une bande de fréquences au dessus de 1 MHz où la décélération des électrons est plus importante. Plusieurs propriétés déduites de ces nouvelles observations laissent à penser que le milieu ambiant joue un rôle prédominant dans les mécanismes d’émission des sursauts de type III.