Nicolas Poirier, lauréat du Prix René Pellat 2023

Prix de thèse décerné par la division Plasmas de la Société Française de Physique

Nicolas Poirier a effectué sa thèse à l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) sous la direction d’Alexis Rouillard et de Pierre-Louis Blelly. L’intitulé de la thèse soutenue le 4 juillet 2022 est : « Transition du plasma confiné de l’atmosphère solaire au milieu interplanétaire ». La compréhension du chauffage de l’atmosphère du Soleil, au-delà du million de °C, et la formation des flots de plasma, les vents solaires éjectés en continu depuis le Soleil et constituant le milieu interplanétaire et l’héliosphère, sont des problématiques centrales en physique solaire et ont motivé le lancement des missions spatiales Parker Solar Probe (PSP ; NASA) et Solar Orbiter (ESA). Les observations récentes de la sonde PSP fournissent de nouvelles informations sur le vent solaire naissant. Comprendre les mécanismes régulant la teneur de l’atmosphère en ions lourds, dont la composition reste invariable pendant le transport dans le vent solaire, pourrait être la clé pour contraindre les mécanismes impliqués dans le chauffage du plasma et dans l’accélération du vent solaire au travers d’une cascade de turbulence et des phénomènes d’interactions ondes-particules.

La thèse de Nicolas Poirier et les résultats remarquables obtenus sont le fruit d'une approche méthodologique complète, multi-domaines et multi-compétences qui inclut des analyses de données d’imageurs héliosphériques (tel WISPR sur PSP), et des développements numériques autour du code numérique 1D fluide multi-espèce ISAM visant à mieux comprendre le couplage chromosphère-couronne solaire.

En premier lieu, Nicolas Poirier a mis en place de toutes nouvelles techniques d’exploitation de l’imageur photosphérique WISPR/PSP pour étudier la variabilité et la structure fine de la couronne solaire. Ces techniques nouvelles tiennent compte des effets induits par le mouvement très rapide de la sonde Parker Solar Probe le long de son orbite. Nicolas Poirier a obtenu des résultats scientifiques particulièrement intéressants sur la signature de la structure fine liées à la topologie magnétique de la couronne solaire, jusqu’à présent très peu décelable en coronographie classique. Nicolas Poirier a aussi mis en place une nouvelle méthodologie pour comparer de manière quantitative ces données d’imagerie héliosphériques (avec WISPR, mais aussi avec des imageurs plus anciens) aux simulations magnétohydrodynamique 3-D « Soleil entier » de la couronne solaire.

L’expertise remarquable développée sur le lien entre l’imagerie héliosphérique et le magnétisme solaire a motivé Nicolas Poirier à développer de multiples collaborations dans lesquelles il a contribué de manière significative et joué un rôle majeur, permettant en particulier d’étudier la variabilité du vent solaire lent et son origine. Il a aussi démontré l’utilité de ses techniques dans le domaine de la météorologie de l’espace en présentant une nouvelle procédure d'évaluation des modèles MHD globaux de la couronne solaire. Ces nouveaux outils sont maintenant très utilisés par le consortium de la mission ESA-NASA Solar Orbiter pour soutenir les opérations de cette mission spatiale.

Par ailleurs, Nicolas Poirier a développé un tout nouveau modèle numérique capable de simuler le transport des ondes d’Alfvén dans un milieu partiellement ionisé en se basant sur un modèle multi-espèces développé à l’IRAP. Au sein du code ISAM, il a incorporé des processus d'ionisation (collisionnelle et photo-ionisation) et a modifié les termes collisionnels de ces équations de transport très complexes car d'ordre élevé (16 moments). Il a pu comparer le transport des ions lourds induit par leur diffusion (par collisions) avec le transport induit par des interactions ondes-particules répétées, notamment au travers d’une force pondéromotrice induite par les ondes d’Alfvén sur les ions. Le travail entrepris ici dote la communauté d’un outil très innovant et ouvre de nombreux axes de recherche.

Nicolas Poirier a participé à de nombreuses conférences internationales (>20) où il a pu présenter son travail à l’oral et est impliqué activement dans plusieurs consortium internationaux (équipe internationale de l’ISSI, groupes de travail de PSP/WISPR, groupe de travail MADAWG de Solar Orbiter). À la vue de l’étendue exceptionnelle des compétences acquises par Nicolas Poirier et des résultats remarquables obtenus qui contriburont notablement à la physique des plasmas héliosphèriques, le jury du prix Pellat lui a décerné le prix René Pellat 2023 de la Société Française de Physique.

Jury

Titaina Gibert, GREMI, CNRS Université d’Orléans
Christian Grisolia, CEA ,Cadarache
Laure Vermare, LPP
Grégory Marcos, Institut Jean Lamour, Nancy
Alessandra Ravasio, LULI Polytechnique
Laurent Gremillet, CEA DAM
Laurent Guarrigues, LAPLACE, Toulouse
Dimlitra Koutoumpa, LATMOS
Etienne Parriat, OBSPM
Emmanuel d’Hummières, CELIA
Marco Minisalle,PIIM ,Marseille
Daniele Del Sarto,Institut Jean Lamour,Nancy

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