Laser-driven shocks of astrophysical interest

Chocs créés par laser d'intérêt astrophysique Les énormes progrès réalisés au cours des dernières décennies dans le développement des lasers de haute puissance ont permis d'accéder, en laboratoire, à des conditions physiques extrêmes d'intérêt astrophysique. L'astrophysique dite "de laboratoire" est le domaine d'étude qui se concentre sur l'investigation expérimentale des phénomènes astrophysiques qui, grâce à l'utilisation de lois d'échelle, peuvent être émulés en laboratoire. En particulier, cet effort expérimental vise à combler les lacunes inévitables dans les mesures des événements astrophysiques lointains, qui sont limitées par les énormes échelles de temps et d'espace en jeu. En effet, l'étude in situ de certains objets reste impossible en raison des énormes distances qui les séparent de la Terre, tandis que les échelles de temps caractéristiques de nombreux phénomènes sont très grandes par rapport aux échelles de temps typiques de nos capacités d'observation, rendant difficile une étude dynamique de ces systèmes.Grâce aux progrès récents de la science informatique, le domaine des simulations numériques s'est développé. Celles-ci peuvent représenter un outil important, grâce à leur contrôlabilité et leur reproductibilité (malgré des coûts élevés en termes d'heures de calcul), car elles peuvent décrire un système en détail. Néanmoins, ils ont besoin de modèles analytiques précis sur lesquels se baser et donc à valider, ce qui ne peut être fourni par des observations limitées et incomplètes. L'astrophysique de laboratoire joue donc un rôle crucial dans l'effort de compréhension des systèmes astrophysiques hors de portée et dans l'interprétation complète des observations astronomiques, car elle permet de les reproduire (à l'échelle) de manière contrôlée et bien caractérisée.Ce travail de thèse est axé sur l'étude des ondes de choc sans collisions, qui sont des phénomènes se produisant dans de nombreux contextes astrophysiques, tels que les explosions de supernova et les arcs de choc. Elles sont tenues pour responsables de la production de particules énergétiques (rayons cosmiques), dont les mécanismes d'énergisation ne sont aujourd'hui pas entièrement compris. Un choc peut être considéré comme un changement abrupt de certaines quantités physiques décrivant le système physique, qui, en hydrodynamique, est médié par des effets de collision qui dissipent en chaleur l'énergie cinétique du fluide traversant le choc. Lorsqu'une telle transition se produit sur des échelles de longueur beaucoup plus petites que le libre parcours moyen d'une particule, nous avons affaire à une "onde de choc sans collisions". Dans ce cas, de telles discontinuités peuvent se former par l'émission et l'absorption d'excitations collectives du plasma.Les expériences réalisées dans des installations laser de haute puissance ont été le principal outil d'investigation. En particulier, deux scénarios ont été explorés : un seul choc supercritique et l'interpénétration de deux chocs sous-critiques. L'analyse de nos données a également été soutenue par des simulations PIC, qui, avec les simulations MHD réalisées en collaboration avec le CELIA, nous ont permis de mieux comprendre la microphysique qui se déroule dans nos expériences. Enfin, nos résultats sont considérés dans le contexte astrophysique, ce qui nous permet de déterminer les scénarios astrophysiques pertinents auxquels les chocs créés par laser de notre laboratoire peuvent s'appliquer.