Soutenance de thèse de N. Fargette le 30/09/2022 à 15h

Annonce transmise par Naïs Fargette (IRAP)

Bonjour à tous,

J'ai le grand plaisir de vous inviter à ma soutenance de thèse "Le rôle de la reconnexion magnétique dans la formation de cordes de flux et "switchbacks" dans l’héliosphère", qui se déroulera le Vendredi 30 Septembre à 15h. Elle es accessible en visio-conférence sur le lien suivant :

Sujet : Soutenance de thèse Naïs Fargette 30 Septembre 2022
Heure : 30 sept. 2022 03:00 PM Paris
https://u-bordeaux-fr.zoom.us/j/82004172224

La présentation sera en français, et les slides en anglais. Le résumé de la thèse se trouve en fin de mail, et le jury sera composé des personnes suivantes :
Mme Karine  ISSAUTIER   - Rapporteuse            (Directrice de recherche, LESIA, CNRS, Meudon)
Mr Fouad    SAHRAOUI    - Rapporteur             (Directeur de recherche, LPP, CNRS, Paris)
Mme Aurélie MARCHAUDON  - Examinatrice           (Directrice de recherche, IRAP, CNRS, Toulouse)
Mr  Tai     PHAN        - Examinateur            (Senior Fellow, SSL, UC Berkeley, Berkeley)
Mr  Marco   VELLI       - Examinateur            (Professor, UCLA, Los Angeles)
Mr  Benoit  LAVRAUD     - Directeur de thèse     (Directeur de recherche, LAB, IRAP, CNRS)
Mr  Alexis  ROUILLARD   - Co-directeur de thèse  (Chargé de recherche, IRAP, CNRS, Toulouse)
 
En espérant vous y voir nombreux !
à bientôt,
Naïs
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Dear all,

It is my great pleasure to invite you to my PhD defense "The role of magnetic reconnection in the formation of flux ropes and switchbacks in the heliosphere", which will take place on September 30 (Friday) at 3pm. The defense is available for remote attendance at the following link :

Sujet : Soutenance de thèse Naïs Fargette 30 Septembre 2022
Heure : 30 sept. 2022 03:00 PM Paris
https://u-bordeaux-fr.zoom.us/j/82004172224

The presentation will be in french and the slides in english. The thesis abstract is avalaible at the end of this email, and the jury is right above.

I hope to see you there!
Cheers,
Naïs

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Résumé :
En physique des plasmas, la reconnexion magnétique est un processus fondamental, omniprésent dans les systèmes astrophysiques. Ce mécanisme remarquable convertit l'énergie magnétique en énergie cinétique et thermique sur des échelles cinétiques, de ce fait accélérant et chauffant le plasma tout en permettant une reconfiguration globale de la topologie du champ magnétique. De façon spectaculaire, les changements induits à l'échelle microscopique conduisent, par exemple, à un remodelage complet et à grande échelle du champ magnétique d'une planète ou d'une étoile. De par son accessibilité, l'environnement proche de la Terre est un parfait laboratoire astrophysique pour étudier les plasmas spatiaux. Ces dernières années, de nombreuses missions spatiales ont été lancées pour étudier les propriétés in situ des plasmas dans l'environnement Soleil-Terre, ainsi que le processus de reconnexion magnétique. Equipées pour dévoiler de nouvelles caractéristiques sur ces milieux, elles ont notamment mis en lumière des structures qui n'avaient pas été observées auparavant de part une résolution instrumentale insuffisante ou une absence de données antérieures.

Ce manuscrit se concentre sur des structures observées à la magnétopause terrestre d'une part et dans le vent solaire d'autre part, et qui ont un impact significatif sur leur environnement. Notre approche a pour but d'expliquer les processus de formation en jeu pour ces structures à travers des études statistiques.

Dans une première partie, nous étudions des structures magnétiques qui se propagent le long de la magnétopause terrestre, transportant des quantités importantes d'énergie et appelées Evènements de Transfert de Flux (FTE). Plus particulièrement, des FTE d'un nouveau genre ont été observées ces dernières années, présentant une signature de reconnexion magnétique en leur centre. Une telle observation remet en cause les modèles classiquement mis en avant pour expliquer leur structure interne. A travers une étude statistique des FTEs, nous avons pu mieux comprendre leur topologie magnétique et déterminer les facteurs environnementaux jouant un rôle dans leur apparition. Ces analyses nous renseignent sur les mécanismes de formation des FTE qui implique le processus de reconnexion magnétique sur le côté jour de la magnétopause. Nous présentons également des observations de structures similaires dans le vent solaire, soulignant que le processus en jeu à la magnétopause terrestre est probablement également à l'œuvre dans le vent solaire.

Dans une seconde partie, nous passons de l'environnement terrestre à l'héliosphère interne, où les switchbacks magnétiques sont omniprésents dans le vent solaire proche du Soleil. Les switchbacks sont des déflections du champs magnétique qui vont jusqu'à renverser sa composante radiale, et qui sont de plus accélérées par rapport au vent solaire de fond. A travers une étude systématique de leurs échelles caractéristiques ainsi que de leur orientation, nous montrons que les switchbacks sont probablement liés à des structures de surfaces tels que la granulation ou la supergranulation. Nous concluons que leurs propriétés sont cohérentes avec une formation dans la basse atmosphère à travers le processus de reconnexion d'interchange.

La reconnexion magnétique est un fil conducteur dans ce travail, omniprésente à la magnétopause terrestre et dans le vent solaire, et menant à la formation de structures impactant significativement leur environnement. Dans la dernière partie du manuscrit, nous présentons une nouvelle méthode prometteuse de détection automatique des signatures de jets de reconnexion, inspirée du processus d'identification visuelle de ces jets. Un tel algorithme de détection automatique permet d’envisager des études statistiques de jets de reconnexion observés dans le vent solaire, ce qui serait une avancée importante dans la compréhension du phénomène de la reconnexion magnétique.
 
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Abstract:
Plasmas are ubiquitous in the universe where most matter is in such a state, constituting stars, the interplanetary, interstellar and intergalactic medium, nebulae, and so forth. In the solar system for instance, a plasma sphere (the Sun) continuously ejects into the interplanetary medium a plasma (the solar wind) that interacts with the plasma (magnetospheres) surrounding the Earth or other planets. This makes the near-Earth environment a perfect astrophysical laboratory to study space plasmas. In plasma physics, magnetic reconnection is a fundamental process omnipresent in astrophysical systems. This unique mechanism converts magnetic energy into kinetic and thermal energy at kinetic scales, accelerating and heating the plasma while allowing a global reconfiguration of the magnetic topology. Spectacularly, changes induced on microscopic scales lead for instance to the drastic large-scale remodeling of a planet's or a star's magnetic field. In the past decades, various space missions have been launched to investigate the in-situ properties of astrophysical plasmas in the Sun-Earth environment, as well as to study the process of magnetic reconnection. They were equipped to unveil new features of their surrounding media, and in that they succeeded, particularly in bringing to light structures that were not observed before, either due to a lack of instrumental resolution or to the absence of previous data.

In this manuscript, we focus on structures observed at the Earth's magnetopause and in the solar wind, and of significant importance to the dynamics of their environment. In our approach, we aim to shed light on the physical processes at stake for the formation of these structures, using modeling and statistical analysis to infer their properties and potential formation models.

In the first part of the manuscript, we present the investigation of a type of coherent magnetic structure often observed traveling along the Earth's magnetopause and carrying a significant amount of energy, called Flux Transfer Events (FTE). Particularly, a new type of FTE was observed with magnetic reconnection resolved in its core. Such a signature questions the usual model put forward to explain the internal structure of FTEs. Through a statistical analysis of FTE, we were able to better understand their magnetic topology and determine the factors playing a role in their occurrence, gaining insights on how they may be produced through magnetic reconnection at the dayside magnetopause. We also report on observations of similar structures in the solar wind, underlining that the process at work at the magnetopause is probably occurring in the solar wind as well.

In the second part of the manuscript, we move from the near-Earth environment to the inner heliosphere, focusing on magnetic switchbacks that are a key feature of the near-Sun solar wind. Magnetic switchbacks are deflections of the magnetic field, sometimes reversing the radial component of the field, and made of accelerated plasma relative to the background solar wind. Through a systematic study of their characteristic scales and orientation, we highlight that switchbacks are probably linked to solar surface features like granulation and supergranulation, and we show that their properties are consistent with a formation through the process of interchange reconnection in the low solar atmosphere.

Magnetic reconnection is a common thread of this work, being ubiquitous at the Earth's magnetopause and in the solar wind, and most probably involved in the formation of switchbacks in the low corona as well. In the last part of the manuscript, we describe a new promising approach, based on visual identification, that permits to automatically detect magnetic reconnection exhausts in-situ in the solar wind. An automated detection algorithm may lead to large statistical analysis of reconnection jets in the solar wind, a significant step forward in understanding the process of magnetic reconnection.