21/Th/DSC/MF/1

Offre de thèse 2021-2024 – équipe DSC (MF) – modélisation

L'interaction de Mercure avec le milieu interplanétaire : L'instabilité de Kelvin-Helmholtz à la magnétopause de Mercure

Les tourbillons de Kelvin-Helmholtz (KH) résultent de l’évolution des écoulements cisaillés. Ils sont assez omniprésents dans les magnétosphères planétaires et sont l’un des principaux mécanismes responsables du transport de la masse et de l’énergie du plasma observé à travers les frontières magnétosphériques [1]. Ils ont été observés et étudiés intensivement dans le contexte magnétosphérique de la Terre, où leurs échelles fluides caractéristiques sont plus grandes que le rayon de Larmor des ions. Au contraire, pour Mercure, non seulement l’échelle KH observée mais aussi la taille de la magnétosphère sont comparables au rayon de Larmor des ions, ce qui suggère un comportement du plasma dominé par les effets cinétiques des ions [2]. Ce comportement pourrait expliquer l’importante asymétrie, observée par la mission spatiale MESSENGER de la NASA, dans le développement des tourbillons KH sur les flancs magnétosphériques de l’Aube et du Crépuscule. Cette asymétrie pourrait être cohérente avec de forts effets cinétiques [3] qui ne sont pas spéculaires (en ce qui concerne la réflexion sur le plan défini par la direction du vent solaire et la direction du dipôle de Mercure).

Le doctorant étudiera le développement linéaire et non linéaire de la frontière entre le milieu interplanétaire (le vent dit solaire) et le plasma Herméen (magnétosphère), en particulier le développement de l’instabilité KH, dans les configurations Crépuscule/Aurore, à l’aide d’un code numérique hybride, développé en collaboration avec le laboratoire de Lagrange à Nice. Ce code traite les ions via une implémentation eulérienne de l’équation de Vlasov sans collision, couplée de manière autoconsistante aux équations de Maxwell, tandis que les électrons sont décrits comme un fluide neutralisant, incluant les effets de la masse finie des électrons [4], les effets du rayon de Larmor fini et les flux de chaleur sans collision le long des lignes de champ magnétique [5]. Ce travail préparera un solide base scientifique sur la dynamique des flancs de Mercure, en particulier pour la prochaine analyse des données de la mission spatiale BepiColombo de l’ESA qui atteindra Mercure en 2025 [6].

References :
[1] M. Faganello et al., J. Plasma Phys. 83, 535830601 (2017).
[2] D. J. Gershman et al., J. Geophys. Res. Space Phys. 120, 4354 (2015).
[3] J. Paral et al., Nat. Commun. 4, 1645 (2013).
[4] F. Califano et al., Front. Phys. 8, 317 (2020).
[5] T. Passot et al., J. Plasma Phys. 83, 715830402 (2017).
[6] A. Milillo et al., Planet. Space Sci. 58, 40 (2010).

Matteo Faganello - Contacter
Laboratoire PIIM

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