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Simulations solaires : enfin des cycles!
2010-06-18

Une équipe internationale dirigée par le professeur Paul Charbonneau du Département de physique de l'Université de Montréal, membre du Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ), a développé les simulations des cycles solaires les plus réalistes à ce jour.

Un effort entrepris il y a plus de cinq ans au Département de physique de l'Université de Montréal, en collaboration avec des chercheurs du National Center for Atmospheric Research situé à Boulder (États-Unis), a récemment porté fruit. Utilisant une approche numérique novatrice, l'équipe dirigée par le professeur Paul Charbonneau à réussi à effectuer une simulation numérique de la convection[1] solaire dans un régime physique réaliste, qui non seulement produit un champ magnétique bien organisé aux grandes échelles spatiales, mais qui, de surcroit, présente des inversions de polarité régulières, le tout ressemblant fort à l'évolution observée du champ magnétique solaire. Un survol de ces résultats a été publié dans le numéro du 1er juin de la prestigieuse revue scientifique « The Astrophysical Journal ».

Le champ magnétique du Soleil est le moteur et la source d'énergie de tous les phénomènes définissant l'activité solaire. Sa variation cyclique, connue par l'observation télescopique des taches solaires depuis 400 ans, module l'énergie lumineuse émise par le Soleil, ainsi que la fréquence de tous les phénomènes éruptifs pouvant affecter l'environnement géospatial et les hautes couches de l'atmosphère terrestre. Une compréhension véritablement physique des influences Soleil-Terre doit donc remonter au processus dynamo responsable de la production et des inversions de polarité du cycle magnétique solaire.

Les astrophysiciens tentent de simuler le cycle solaire depuis maintenant plus d'un demi-siècle. À mesure que la puissance de calcul disponible a augmenté, les premiers modèles très idéalisés ont graduellement fait place à de véritables simulations magnétohydrodynamiques[2] turbulentes des couches extérieures du Soleil, où opère le processus dynamo. Cependant, jusqu'à très récemment, de telles simulations ne réussissaient pas à produire de champ magnétique aux grandes échelles spatiales, et encore moins des inversions de polarité.

Les travaux numériques de Paul Charbonneau et de son équipe permettent, pour la première fois, d'étudier de manière véritablement quantitative une foule de questions sur lesquelles on ne pouvait auparavant que spéculer. Ainsi, il devient maintenant possible de quantifier l'impact d'un champ magnétique cyclique sur le transport turbulent de l'énergie dans l'enveloppe convective du Soleil, question très d'actualité dans le cadre de l'influence possible de l'activité solaire sur les changements climatiques.

Les travaux du groupe de recherche en physique solaire à l'Université de Montréal sont financés par le Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies, le Conseil de recherches en naturelles et en génie du Canada, le programme des chaires de recherche du Canada, la Fondation canadienne pour l'innovation et l'Agence spatiale canadienne. La plupart des simulations numériques ont été effectuées sur les supercalculateurs du Réseau québécois de calcul de haute performance (RQCHP).


Un instantané d'une simulation numérique de la convection solaire, montrant les cellules convectives en surface (fluide ascendant en jaune clair, fluide descendant ien rouge foncé), et l'intensité du champ magnétique interne (tranches et coquille interne, bleu pour une composante magnétique négative, et jaune pour une composante positive). Quelques lignes de force sont également tracées, et illustrent bien la complexité du champ magnétique produit par la simulation.

Source :
Paul Charbonneau, professeur titulaire,
Département de physique, Université de Montréal.
Groupe de recherche en physique solaire (GRPS)
CRAQ – Université de Montréal
Tél: 514-343-2300
paulchar@astro.umontreal.ca

Renseignements :
Olivier Hernandez, Ph.D., relation avec les médias
CRAQ – Université de Montréal
Tél: 514-343-6111 ext 4681
olivier@astro.umontreal.ca

[1] La convection est un mode de transfert d’énergie qui implique un déplacement de matière dans le milieu.

[2] La magnétohydrodynamique est la science qui étudie les variations des champs électromagnétiques dans un gaz, un liquide, un fluide ou un plasma.


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