Ma thèse en 400 mots : Raphaël Hardy

Raphaël Hardy, étudiant à l’IREx, a terminé son doctorat à l’Université de Montréal en février dernier. Il résume ici son projet de recherche de doctorat.

Les exoplanètes de type Jupiter chaude sont des laboratoires fascinants et uniques. Orbitant autour de leurs étoiles en moins de 10 jours, ces planètes géantes possèdent des températures dépassant les 700°C. Cette proximité avec leur étoile fait en sorte que ces planètes sont en rotation synchrone, c’est-à-dire qu’un de leurs hémisphères est constamment éclairé, on l’appelle le côté jour, et l’autre est constamment sombre, c’est le côté nuit (un peu comme la Lune, qui présente toujours la même face à la Terre). Il existe de grands écarts de température entre les deux hémisphères, ce qui créé de grands vents, qui atteignent des vitesses de plus de 30 000 kilomètres à l’heure. Ces vents contribuent à redistribuer uniformément la chaleur.

Des observations répétées ont permis de confirmer la présence de métaux alcalins comme le potassium et le sodium dans l’atmosphère de ces Jupiter chaudes. Là, ces métaux perdent certains électrons : on dit qu’ils sont partiellement ionisés. Ils peuvent donc interagir avec le champ magnétique global de ces dernières. Cette interaction est très sensible à la température, et l’interaction entre les vents partiellement ionisés et le champ magnétique réchauffe l’atmosphère. Sous certaines conditions, ce chauffage peut s’emballer, ce qui entraine une augmentation très rapide de la température de plusieurs centaines de degrés. Ce phénomène, appelé l’instabilité thermorésistive, s’arrête quand l’atmosphère devient assez chaude pour que le champ magnétique génère des oscillations qui freinent les vents.

Pendant mon doctorat, j’ai travaillé sur des simulations qui permettent de reproduire ce qui se passe dans l’atmosphère des Jupiter chaudes. On utilise des modèles magnétohydrodynamiques, qui permettent de décrire le déplacement d’un fluide qui partiellement ionisé, ici l’atmosphère de la planète, en présence du champ magnétique de cette dernière.

Nous avons introduit trois modèles distincts qui permettent d’étudier l’instabilité thermorésistive. Chacun a un niveau de complexité différent.

• Le premier, un modèle local, à zéro dimension (0D, c’est-à-dire que seul un point dans l’espace est considéré), nous a permis d’identifier les températures, pressions, et le régime des paramètres dans lequel l’instabilité opère. Nous avons aussi pu identifier des périodes de récurrence de quelques semaines à quelques mois entre chaque déclenchement de l’instabilité.
• Le deuxième, un modèle en une dimension (1D, seulement la dimension radiale, c’est-à-dire la position par rapport au centre de la planète, est considérée), nous a permis de comprendre comment l’instabilité se propage dans l’atmosphère ainsi que les interactions entre les couches à différentes profondeurs (et différentes pressions).
• Le troisième est un modèle qu’on dit pseudo-2D. Il est basé sur le modèle radial 1D, mais on approxime la seconde dimension, longitudinale – est-ouest – afin de modéliser un disque à l’équateur. Il nous a permis de voir comment évoluait le point chaud (la région la plus chaude sur le côté jour), ainsi que la luminosité de la planète durant l’instabilité. On a constaté que le point chaud peut se déplacer à plus ou moins 60˚ de longitude, et que des changements brusques en luminosité peuvent se produire. Ces deux caractéristiques de l’instabilité thermorésistive pourraient potentiellement être observables.

Nous avons terminé l’étude de l’instabilité thermorésistive avec un dernier projet à saveur plus mathématique, où nous avons étudié la nature non linéaire et chaotique du modèle local, qui apparait à certaines valeurs précises des paramètres.

Pour en savoir plus

Raphaël a complété son PhD à l’Université de Montréal entre 2020 et 2025, sous la supervision du professeur Andrew Cumming de McGill et Paul Charbonneau de l’Université de Montréal. Sa thèse est disponible sur Papyrus.