Accumulation et évolution des hélicités magnétiques relative, non potentielle et mêlée, lors des phénomènes actifs de l'atmosphère solaire

Les phénomènes spectaculaires que sont les éruptions solaires peuvent impacter les infrastructures humaines. L’évolution technologique de notre société nous rend de plus en plus sensibles à l’activité solaire, ainsi sa prévision devient un enjeu économique croissant. Ma thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet de l’Agence Nationale de la Recherche, HeliSol, visant à établir des critères déterministes permettant des prédictions fiables des éruptions solaires. Je me suis intéressé durant ma thèse à une quantité prometteuse liée à la géométrie du champ magnétique: l’hélicité magnétique. Malgré quelques précédents résultats théoriques, analytiques et observationnels, la plaçant au cœur de divers processus liés à l’activité solaire, l’hélicité magnétique reste encore aujourd’hui mal comprise. Mon travail s’est porté en particulier sur l’étude des propriétés d’une décomposition de l’hélicité magnétique: l’hélicité magnétique non potentielle (liée au champ magnétique porteur de courants électriques) et l’hélicité mêlée (contenant le reste de l’information). Tout d’abord, je me suis concentré sur le lien entre l’éruptivité d’un système magnétique et ses hélicités. Via des simulations numériques magnétohydrodynamiques (MHD), j’ai montré que le ratio entre l’hélicité non potentielle et l’hélicité totale possède une valeur seuil au-delà de laquelle une instabilité à l’origine de l’éruption se déclenche systématiquement. Les données magnétiques, issues d’observations, m’ont permis de confirmer le ratio d’hélicité comme marqueur significatif de l’éruptivité de différentes régions actives. Ces analyses reposent sur la production de reconstructions 3D du champ magnétique coronale générées à partir des mesures observationnelles de la distribution 2D du champ magnétique au niveau de la « surface » du Soleil. Comme j’ai pu le démontrer néanmoins, le ratio ne peut être correctement déterminé si le champ magnétique reconstruit ne respecte pas la propriété solénoïdale.J’ai également utilisé des approches analytiques et numériques pour étudier les propriétés des hélicités qui composent le ratio susmentionné. J’ai ainsi proposé un formalisme théorique pour quantifier la non additivité de l’hélicité magnétique. J’ai aussi introduit pour la première fois une expression analytique pour la variation temporelle des hélicités non potentielle et mêlée. Cela m’a permis de montrer que, contrairement à l’hélicité totale, les hélicités non potentielle et mêlée ne sont pas des grandeurs conservées. Leurs évolutions sont dictées d’une part par les flux traversant les frontières, mais également par un transfert d’une forme d’hélicité à l’autre. J’ai de plus démontré, par application des simulations numériques, que ce transfert d’hélicité a un rôle majeur dans la dynamique des hélicités magnétiques durant une éruption solaire.En conclusion, le ratio d’hélicité magnétique mis en évidence pourrait participer au développement de nouveaux outils destinés à la prédiction des éruptions solaires. Plus généralement, mes travaux permettent de mieux appréhender l’évolution des configurations magnétiques responsables des événements actifs de la couronne solaire. Ces recherches peuvent en outre être la base de futures études théoriques sur le lien entre hélicités magnétiques et déclenchement d’éruptions.