Planetesimal formation in turbulent protoplanetary disks

Formation des planétésimaux dans les disques protoplanétaires turbulents Les systèmes planétaires se forment à partir de grains de poussières de tailles inférieures au micron dans des disques protoplanétaires essentiellement gazeux en rotation autour d'une étoile jeune. La poussière doit tout d'abord croître jusqu'à constituer des planétésimaux (objets d'une taille de l'ordre du kilomètre), considérés comme les briques élémentaires des planètes. Cependant, l'émergence des planétésimaux reste l'une des principales questions ouvertes dans les théories de formation des planètes, en raison de divers obstacles qui entravent ce processus. L'hypothèse privilégiée implique la concentration des particules solides en amas denses qui s'effondreraient sous l'effet de leur propre gravité.Une question clé dans ce processus est le rôle joué par la turbulence. Le gaz dans les disques est réputé turbulent, bien que l'origine et l'intensité de cette turbulence soient encore débattues. Il est généralement admis que la turbulence a un effet diffusif sur les particules de poussière, dispersant les concentrations et empêchant ainsi la formation de planétésimaux. Pourtant, plusieurs études ont montré que les particules peuvent se regrouper sous l'effet des structures cohérentes de l'écoulement turbulent. Les surdensités qui en résultent pourraient être d'excellents candidats à l'effondrement gravitationnel. La formation de planétésimaux dans les disques protoplanétaires turbulents est donc le sujet de controverses.Cette thèse aborde ce problème complexe dans le but de caractériser les propriétés de la turbulence dans les disques et son impact sur la dynamique et la concentration des poussières. Pour ce faire, ce travail s'appuie sur des simulations en 2 ou 3 dimensions de particules lagrangiennes dans un écoulement turbulent en rotation képlérienne. Une étude systématique est menée et des méthodes d'analyse innovantes sont mises en place afin de quantifier précisément la concentration des poussières.J'identifie l'espace des paramètres clés pour chaque évolution possible de la poussière dans la turbulence. En particulier, un écoulement faiblement turbulent en rotation képlérienne ne doit pas être considéré comme homogène et isotrope. Cela a pour conséquence remarquable la formation d'amas denses de poussières. En se focalisant sur des instabilités connues de disques, j'identifie les caractéristiques de la turbulence nécessaires pour atteindre des concentrations significatives de poussière. Ces résultats suggèrent que l'instabilité convective ("Convective Overstability") pourrait être le candidat le plus efficace. Enfin, une turbulence modérée permet de réduire ou même d'arrêter la dérive radiale de la poussière.Dans cette thèse, je présente des résultats prometteurs pour la croissance de la poussière dans les disques protoplanétaires turbulents. Je conclus que la turbulence peut permettre de dépasser plusieurs des principaux obstacles à la formation des planétésimaux.