"Du lancement de jets MHD aux
rayons cosmiques:
La fonction de la turbulence
magnetique "
Summary :
The first part of my thesis shows
how Keplerian discs can launch MHD jets,
under some conditions. The key
points of this first part are the adding of
viscosity inside the disc and
a relevant energy equation, In particular, I
have shown both analytically
and numerically that the angular momentum
transport is constrained by
the MHD turbulence properties. I have also
shown that one must take into
account a relevant energy equation in order
to have a more realistic description
of jets observed in the Universe.
Moreover, some energy turbulent
transport mechanisms cannot be described in
a simple MHD approach.
In order to better understand the interaction
between a turbulent magnetic
field and charged particles, I have undertaken
a study dealing with spatial
and angular diffusion of hadrons with a
chaotic magnetic field
generated by a magnetic turbulence. In this study,
it clearly appears that
the spatial diffusion coefficient along the mean
magnetic field extrapolate
the results of quasi-linear theory for weak
turbulence. At the opposite,
in the inertial range, the spatial diffusion
coefficient across the mean
magnetic field is inconsistent with such a
theory. Indeed the spatial diffusion
coefficient across the mean magnetic
field has a behaviour
that can be interpreted as a chaotic diffusion
regime as the one predicted
by Rechester & Rosenbluth. Moreover, outside
this range, the behaviours of
all spatial diffusion coefficients are
different of those expected
in the framework of quasi-linear theory. Al
last, it has been found that
a Bohm diffusion regime occurs when the
magnetic energy of the mean
magnetic field is smaller than 1% of the total
magnetic energy.
Resume de la these:
Le champ magnétique est
un ingrédient physique parmi les plus communs
dans les environnements astrophysiques.
Bien qu'il ait été étudié depuis
de nombreuses décennies,
certains de ses domaines d'application sont encore
mystérieux, en particulier
celui qui est associé à la turbulence
magnétique. Ce ph\'enom\`ene
apparaît dans des problèmes encore non résolus
à ce jour. Le sujet de
cette thèse porte sur l'étude de cette turbulence
dans les disques d'accrétion
magnétisés et k\'epl\'eriens lan\c{c}ant des jets,
ainsi que sur ses effets sur
le transport des rayons cosmiques.
La première partie
de cette thèse montre que les disques d'accrétion
magnétisés képlériens
soumis à une turbulence magnétohydrodynamique (MHD)
peuvent être le
siège d'une
production stationnaire de jets
MHD de matière sous certaines
conditions. L'ajout des
effets dus à la viscosité du plasma ainsi que
l'implémentation d'une
équation d'énergie modélisant une couronne
chauffante sont les points clés
de cette première partie. J'ai en particulier montr\'e à
la fois
analytiquement et numériquement
que le rapport entre couple de freinage magnétique et visqueux
était contraint par les
propriétés de la turbulence MHD. J'ai aussi montré
que la prise en
compte plus fine de l'équation
d'énergie était nécessaire pour une
description plus fidèle
des jets observés dans l'Univers. Cette équation
fait intervenir nombres de processus
de chauffages et de transport d'énergie dont la prise en
compte dans l'approximation
fluide n'est pas possible. J'insiste, dans cette
première partie, sur
la necessité d'une approche cinétique de
ces phénomènes
afin de pouvoir mieux les décrire macroscopiquement. C'est
cette étude qui a motivé
la suite de ma thèse.
Afin de mieux connaître
les influences de la turbulence
magnétique sur le transport
de particules chargées, j'ai entrepris une
étude sur la diffusion
spatiale et angulaire des hadrons avec un champ
magnétique chaotique
dont la distribution spectrale en loi de puissance
peut être reliée
à celle qu'engendrerait une turbulence de type Kolmogorov
ou Kraichnan. Les résultats
de cette étude ont permis d'obtenir des
réponses nouvelles sur
des régimes de diffusion dans des domaines de
turbulence encore jamais étudiés.
En particulier, j'ai montré que les
coefficients de diffusion
spatiale parallèle au champ magnétique à grande
échelle ainsi que le
coefficient de diffusion angulaire suivaient un
comportement dans le domaine
de résonance extrapolant celui prédit par la
théorie quasi-linéaire
dans le cas de la très faible turbulence. \`A
l'opposé, le coefficient
de diffusion
perpendiculaire suit un comportement,
dans ce m\^eme domaine, non prédit
par la théorie quasi-linéaire.
Ce r\'egime est assimilable à un régime de
diffusion anormale amplifiée
par la présence de chaos magnétique. De plus,
en dehors du domaine de résonance
avec le chaos, les comportements de tous ces
coefficents sont différents
de ceux attendus. Enfin, l'existence d'un
régime de diffusion
de Bohm a été démontrée pour les niveaux de
chaos où
le champ magnétique cohérent
contribue pour moins de 1% à l'énergie
magnétique totale.
Fichiers Postscript de la
these: Fichier complet de la these
Partie I: Turbulence MHD dans les disques d'accretion et lancement de jets MHD