Le stockage et la libération de l’énergie magnétique présentent de fortes similitudes avec ce qui se produit dans un élastique que l’on torsade puis que l’on coupe. De la même façon, l’énergie magnétique est libérée lorsque l’on sectionne les lignes de champ, c’est-à-dire, lorsque l’on modifie leur connectivité. Ceci se produit lors de la reconnexion magnétique. Pour que les lignes de champ magnétique puissent être reconnectées, il est nécessaire qu’une couche étroite parcourue par des courants électriques intenses soit présente dans le milieu. Si ce mécanisme est bien compris en deux dimensions (2D), en revanche, des questions majeures se sont posées depuis plus de dix ans sur les conditions de formation de ces nappes de courants et la nature de la reconnexion en trois dimensions (3D). Une équipe de l’observatoire de Paris [1] a simulé numériquement en 3D la formation de ces nappes de courant et la reconnexion associée, à l’aide des machines parallèles multiprocesseurs du Service Informatique de l’Observatoire de Paris. Cette équipe a ainsi généralisé en 3D les conditions nécessaires au développement de ces couches de courant, en les liant à des géométries générales du champ magnétique ne possédant aucune singularité topologique, appelées « tubes de flux hyperboliques ». Cette association permet dorénavant de prédire le lieu de déclenchement de la reconnexion magnétique, et éventuellement de mieux la maîtriser dans les expériences en laboratoire de fusion par confinement magnétique.

Figure 1 : Formation d’une nappe de courant horizontal (en vert àdroite) au niveau d’un « tube de flux hyperbolique  » (en rouge et jaune àgauche). Ces simulations ont aussi mis en évidence un comportement inédit de la configuration magnétique lors de la reconnexion. Contrairement à ce qui se produit en 2D, où les lignes de champ magnétique se coupent et se rejoignent deux à deux, en 3D celles-ci modifient leur connectivité continûment et semblent ainsi glisser les unes par rapport aux autres (voir Fig. 2).

Figure 2 : Glissement de plusieurs groupes de lignes de champ magnétiques lors de la reconnexion. Ces simulations numériques de pointe ont permis aux chercheurs français d’apporter une vision nouvelle de la reconnexion magnétique en 3D. Certains phénomènes associés aux éruptions solaires peuvent ainsi être compris et interprétés sous un jour nouveau : notamment, le déplacement des régions qui émettent des rayons X durs au niveau de la surface solaire serait dû au glissement rapide des régions d’impact de particules accélérées lors de la reconnexion. 97819main_rhessi_AR10039_320x240.mpegFilm de l’éruption du 22 juillet 2002. (taille : 4Mo, credits : NASA/BBSO/SVS) Observation par TRACE en lumière blanche, puis par le Big Bear Solar Observatory dans la raie Ha (en noir et blanc) et a nouveau par TRACE en Ultraviolet (en niveaux de vert et blanc). Les émissions en rayon X et g observées par RHESSI sont matérialisées en rouge, bleu et violet. Le déplacement des sources compactes bleues peut être facilement interprété dans le cadre de la reconnexion magnétique glissante.

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Références [1] Pariat E., Aulanier G. & Démoulin P., New concept for magnetic reconnexion, SF2A, 2006. Aulanier , Pariat, Démoulin & DeVore, Slip-running reconnexion in quasi-separatrix layers, 2006, Solar Physics, à paraître. Aulanier, Pariat & Démoulin, Current sheet formation in quasi-separatrix layers and hyperbolic flux tubes, 2005, Astronomy & Astrophysics, 444, 961-976.

Contact Etienne Pariat (Observatoire de Paris, LESIA et CNRS)

Dernière modification le 22 février 2013

The storing and release of magnetic energy is analogous with what happens when one twist and then cut an elastic. Similarly, magnetic energy is released when magnetic field lines are cut, i.e., when one change their connectivity. This change of connectivity is at the heart of magnetic reconnection. In order that magnetic field lines can be reconnected, narrow layers of intense electric currents must be present. Although reconnection start to be well understood in two dimensions (2D), numerous questions, still unanswered, have been raised these last ten years about the conditions of formation of these current layers and the nature of magnetic reconnection in three dimensions (3D).

Recently, a research group of the Paris Observatory [1] has numerically simulated in 3D, the build-up of these current layers and the following reconnection, using the multi-processors facilities of the Service Informatique de L’Observatoire de Paris. This group has generalized in 3D the necessary conditions for current layers to develop, linking them which general geometries of the magnetic field that do not include any topological singularities, called "hyperbolic flux tubes". This association allows to predict the location of the magnetic reconnection triggering, and eventually to better control it in magnetic confinement laboratory experiments.

Figure 1 : Formation of a horizontal current layer (in green, right panel), at the level of a "hyperbolic flux tube" (in red and yellow, left panel). These numerical simulations have revealed a completely new behaviour of magnetic field during reconnection. In opposition with 2D, where magnetic field lines are cut and glued, in 3D, magnetic field lines continuously modify their connectivity and slide along each-other. (see Fig. 2).

Figure 2 : Sliding of several groups of magnetic field lines during reconnection. Left : perspective view. Right : side view. With these state-of-art numerical simulations, French scientists have brought totally new insight about magnetic reconnection in 3D. Some phenomena associated with solar flares can now be understood and interpreted with a new viewpoint. In particular, the motions of hard X ray emitting regions on the solar surface would be due to the rapid sliding of impact regions by the particles accelerated during reconnection. 97819main_rhessi_AR10039_320x240.mpegMovie of the 22 july 2002 flare. (size : 4Mo, credits : NASA/BBSO/SVS) Observations by TRACE in white light, then by Big Bear solar Observatory in the Ha line (in grey levels) and then again by TRACE in Ultraviolet (in green and white levels). X and g ray emissions observed by RHESSI are represented in red, purple and blue. The sliding of the blue emissions can be easily understood in the frame of sliding reconnection.

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References [1] Pariat E., Aulanier G. & Démoulin P., New concept for magnetic reconnexion, SF2A, 2006. Aulanier , Pariat, Démoulin & DeVore, Slip-running reconnexion in quasi-separatrix layers, 2006, Solar Physics, à paraître. Aulanier, Pariat & Démoulin, Current sheet formation in quasi-separatrix layers and hyperbolic flux tubes, 2005, Astronomy & Astrophysics, 444, 961-976.

Contact Etienne Pariat (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Dernière modification le 4 mars 2013