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Étude des chocs radiatifs dans le cadre de l’Astrophysique de Laboratoire

Thibault Michel

Le développement des lasers depuis plusieurs décennies permet aujourd’hui de concentrer une quantité macroscopique d’énergie (environ 1 kJ) dans un petit espace (quelques mm3) et sur une courte durée (environ 1 ns). Cela permet d’atteindre le régime des Hautes Densités d’Énergie (HDE), que l’on retrouve au coeur des planètes ou dans les étoiles. Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’Astrophysique de Laboratoire, qui consiste à réaliser en laboratoire des expériences avec des lasers de puissance. Le couplage à des lois d’échelle permet alors de modéliser des phénomènes astrophysiques précis. Les paramètres expérimentaux qui sont mesurés peuvent alors s’étendre, dans une certaine mesure, jusqu’au système astrophysique reproduit.

Lors de cette thèse, nous nous sommes concentrés sur un type de phénomène précis : les chocs radiatifs. Ceux-ci sont présents par exemple lors des explosions de supernovae, à proximité des nuages moléculaires, ou dans les disques d’accrétion.

Nous étudions d’abord l’aspect expérimental du choc radiatif généré par des lasers de puissance, notamment sur le laser GEKKO à Osaka (Japon). En particulier, nous déterminons les critères que l’on doit considérer pour qualifier un choc de « radiatif », puis nous étudions les contraintes expérimentales qui permettent de le générer, ce qui nécessite un important travail de simulation numérique.

Ensuite, nous exposons différents aspects de l’interaction entre un choc radiatif et un obstacle solide, reproduisant l’ablation d’un nuage moléculaire par des étoiles avoisinantes. Nous en présentons les aspects théoriques, numériques et expérimentaux. Un autre effet qui a été constaté expérimentalement, puis expliqué analytiquement et numériquement, est la décélération du choc lorsque celui-ci possède d’importants effets radiatifs. Cela mène à des développements d’instabilités, comme on peut le voir autour de la supernova SN1987A. Le modèle développé donne une explication possible sur l’évolution de points chauds dans les anneaux qui l'entourent.

Enfin, dans le but d’étudier expérimentalement ces effets pour un choc encore plus rayonnant, nous présentons dans cette thèse le dimensionnement d’une expérience qui aura lieu sur le Laser MegaJoule (LMJ) dans le courant de l’année 2020. De nombreuses perspectives sont mentionnées à la fin du manuscrit, donnant des pistes d’améliorations expérimentales mais également théoriques concernant la classification des chocs radiatifs.

amphithéatre Becquerel (Ecole Polytechnique) - 29 novembre 2019, 14h00