Contexte :

Les écoulements hydro-radiatifs sont omniprésents dans les environnements astrophysiques de hautes densités énergies. Dans les régions les plus extrêmes, comme les disques d’accrétion autour des trous noirs, la pression du rayonnement peut devenir comparable, voire supérieure (régime super-Eddington), à la pression de la matière. Dans ce cas, les propriétés physiques (taux d’accrétion, vitesses et températures) et la dynamique globale du système sont fortement modifiées. En effet, le rayonnement joue un rôle fondamental dans le transport d’énergie qui peut se faire à travers tout un ensemble de structures physiques complexes telles que des chocs radiatifs ou encore des ondes radiatives supersoniques. Ces environnements peuvent aussi devenir le siège de nouvelles instabilités hydro-radiatives. Malheureusement, ces structures interviennent dans des régions très opaques rendant difficiles leurs observations et par conséquent leur caractérisation. Dès lors, seule la simulation numérique permet de progresser dans leur compréhension. Le développement d’une nouvelle classe de lasers de puissance offre cependant la possibilité de reproduire des écoulements hydro-radiatifs en laboratoire. Ces expériences constituent un outil unique pour l’astrophysique afin de progresser dans la modélisation de ce type d’écoulements. La production de fluides rayonnants dominés par la pression de rayonnement est théoriquement possible mais les limitations technologiques actuelles des lasers ne permettent pas d’atteindre le régime similaire aux systèmes astrophysiques. Pour pallier ce problème, nous avons développé de nouvelles techniques d’invariance d’échelle, basées sur la théorie des groupes de symétries, afin de faire un lien entre des écoulements qui ne sont pas dans le même régime. Ces techniques qui ont été exploitées dans d’autres domaines physiques seront adaptées à l’hydrodynamique radiative.

Objectif de la thèse :

Dans cette thèse, le (ou la) doctorant(e) travaillera sur la modélisation théorique et numérique de la dynamique des écoulements hydro-radiatifs intenses que l’on rencontre dans les structures accrétantes (colonne d’accrétion, disque d’accrétion) autour des objets compacts (naines blanches, étoiles à neutrons, trous noirs). Pour pouvoir étudier ces écoulements, le (ou la) doctorant(e) utilisera des codes de simulations astrophysiques adaptés. Guidé(e) par la modélisation astrophysique, le (ou la) doctorant(e) cherchera à développer de nouveaux groupes d’invariance d’échelle afin de reproduire avec des expériences laser adaptées des écoulements analogues.

Ceci le (ou la) mènera à réfléchir à la définition d’expériences laser nouvelles dédiées à l’étude de ce type d’écoulements. Ces expériences seront dimensionnées avec les outils de simulations du CEA-DAM.

Déroulement de la thèse :

Au cours de cette thèse le (ou la) doctorant(e) travaillera au CEA-DAM et en collaboration avec les équipes expérimentales de l’école polytechnique. Il (ou elle) accédera aux codes de simulations et aux calculateurs du CEA-DAM pour la modélisation des écoulements astrophysiques et pour le dimensionnement des expériences laser. Pour la partie astrophysique le code RAMSES, développé au CEA-Saclay, sera adapté aux spécificités des écoulements étudiées. Le dimensionnement des expériences laser sera réalisé avec le code FCI2 développé au CEA-DAM.

Directeur de thèse et école doctorale :

Emeric FALIZE – ED Astronomie et Astrophysique d’Ile de France – ED 127 – Observatoire de Paris

Contact :

Emeric FALIZE – CEA/DIF – Bruyères-le-Châtel – 91297 Arpajon – 01 69 26 40 00