Thèse Caractérisation et Modélisation de l'Environnement Spatial Soleil-Terre et de ses Pertur-Bations Éruptives H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut Polytechnique de Paris École polytechnique École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris Laboratoire de recherche : Centre de Physique Théorique Direction de la thèse : Tahar AMARI ORCID 0000000221151284 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 Cette thèse porte sur la caractérisation et la modélisation de l'environnement spatial Soleil-Terre et de ses perturbations éruptives, domaine essentiel pour comprendre l'impact de l'activité solaire sur les infrastructures spatiales et terrestres. Les systèmes considérés étant constitués de plasma, leur description repose sur des approches numériques avancées capables de relier les différentes régions de la chaîne Soleil-vent solaire-Terre : photosphère, couronne, vent solaire interne, milieu interplanétaire et interaction finale avec la magnétosphère et l'ionosphère.Le travail s'appuiera sur les modèles de magnétohydrodynamique (MHD) développés au CPHT, notamment le code MeshMHD, qui utilise des schémas de volumes finis sur maillages non structurés et bénéficie d'une parallélisation massive. L'objectif est de construire un modèle cohérent permettant de décrire les environnements et perturbations éruptives de manière physiquement consistante, en intégrant les contraintes multi-régimes (fluide, transition vers le particulaire) nécessaires à la représentation du vent solaire et de son couplage à l'environnement terrestre. Des techniques innovantes d'adaptation de maillage seront mobilisées, ainsi que l'exploration de méthodes de type Automated Machine Learning (AML) pour optimiser certaines phases de modélisation ou d'assimilation.

Les modèles développés seront confrontés aux données des missions spatiales de nouvelle génération, en particulier Solar Orbiter (ESA) et Parker Solar Probe (NASA), qui fournissent des diagnostics essentiels sur la couronne solaire et le vent solaire interne. La thèse bénéficiera d'une collaboration étroite avec le Pr. Marco Velli (UCLA), expert international du vent solaire et membre de l'équipe scientifique de Parker Solar Probe, offrant un accès privilégié aux observations et aux analyses les plus récentes.

La thèse se déroulera au CPHT de l'École polytechnique, dans un environnement interdisciplinaire, avec un encadrement régulier et des échanges scientifiques structurés, incluant des interactions fréquentes avec UCLA et la possibilité de séjours selon l'avancement du doctorant. Le système Soleil-Terre représente un enjeu scientifique et sociétal majeur, en raison des im-pacts des éruptions solaires sur les technologies terrestres, les infrastructures spatiales et les missions d'exploration.
La compréhension fine de ces phénomènes repose sur la modélisation numérique des processus physiques multi-échelles qui gouvernent l'émission de rayonnement, l'accélération et le trans-port de particules, la formation et la propagation des nuages magnétiques (CMEs) et leur interac-tion avec la magnétosphère terrestre.

Une description fiable nécessite d'abord une caractérisation précise des conditions magnétiques de la région solaire interne, puis le suivi cohérent des environnements successifs : source érup-tive, vent solaire, milieu interplanétaire, magnétosphère/ionosphère.

Le CPHT dispose d'une expertise reconnue dans ce domaine, notamment via le développement de modèles MHD avancés et le code MeshMHD. Le laboratoire bénéficie également d'une col-laboration étroite avec UCLA et le Pr Velli, impliqué au plus haut niveau dans Parker Solar Probe.
L'objectif de la thèse est de contribuer au développement et à la validation de modèles numé-riques dédiés à la caractérisation de l'environnement spatial Soleil-Terre, en particulier dans les phases influencées par l'activité éruptive solaire. Le travail portera sur un sous-ensemble ciblé de la chaîne physique - selon les compétences du candidat et les orientations prioritaires de l'équipe - tel que la modélisation du vent solaire interne, la propagation de structures éruptives dans le milieu interplanétaire, ou l'adaptation de maillages pour des configurations MHD réa-liste, et/ou et l'intégration possible de méthodes AML (Automated Machine Learning).
Le doctorant s'appuiera sur les modèles numériques développés au CPHT, notamment MeshMHD, qui constitue une approche fluide MHD sur maillages non structurés, et travaille-ra à l'extension de ces approches afin de les adapter à des environnements spécifiques de la chaîne Soleil-Terre.
Selon le segment étudié, cela pourra inclure le développement de descriptions adaptées du vent solaire interne, de la propagation de structures éruptives, ou encore l'intégration de sché-mas d'adaptation de maillage ou d'éléments permettant d'aller au-delà du cadre fluide lors-que cela est pertinent physiquement.
Il développera, testera et analysera ces approches sur des configurations représentatives, puis confrontera ces modèles enrichis aux données sélectionnées des missions Solar Orbiter et Par-ker Solar Probe, afin d'améliorer la compréhension physique d'un segment particulier de l'environnement Soleil-Terre.
Le travail s'effectuera en interaction étroite avec l'équipe du Pr. Marco Velli (UCLA), no-tamment pour l'interprétation des diagnostics in situ de Parker Solar Probe et l'analyse physique des environnements du vent solaire interne.
La thèse contribuera ainsi à l'effort global de l'équipe visant à établir un cadre numérique cohé-rent pour l'étude des perturbations éruptives, tout en définissant un périmètre clair et maîtrisable correspondant aux objectifs et à la durée d'un doctorat.
La thèse s'appuiera sur plusieurs modèles magnétohydrodynamiques d'environnements plasmas développés au sein de l'équipe accueillante du CPHT/École polytechnique, couvrant différentes géométries (cartésienne, sphérique), dont le code MeshMHD. Celui-ci résout les équations de la magnétohydrodynamique en utilisant une formulation en volumes finis sur des maillages non structurés, et repose sur une parallélisation massive permettant d'aborder des configurations à grande échelle.
Le travail consistera à construire un modèle cohérent capable de relier les différentes échelles physiques pertinentes - du régime fluide MHD jusqu'aux extensions particulaires lorsque né-cessaire - afin de décrire le vent solaire et son interaction continue avec l'environnement ter-restre. L'utilisation de techniques d'adaptation de maillage innovantes jouera un rôle central pour capturer précisément les structures multi-échelles en propagation.
En complément, on explorera l'intégration de méthodes de type AML (Automated Machine Learning) pour optimiser certaines étapes de modélisation ou d'assimilation. Le modèle sera testé sur des configurations de référence (problèmes modèles) et confronté aux données issues des missions Solar Orbiter (ESA) et Parker Solar Probe (NASA), dont les diagnostics sont essentiels pour contraindre l'ensemble de la chaîne Soleil-vent solaire-Terre.
Enfin, la thèse bénéficiera d'une collaboration étroite avec le Pr. Marco Velli (UCLA), figure majeure de la physique solaire et responsable scientifique de la mission Parker Solar Probe. Cette collaboration apportera un accès privilégié aux diagnostics in situ de la mission, ainsi qu'une expertise unique sur les environnements du vent solaire interne, renforçant de manière déterminante la robustesse et la portée du modèle développé au cours de la thèse.

Le(la) candidat(e) devra manifester un intérêt marqué pour les questions relatives aux environ-nements spatiaux et à la physique des plasmas. Une formation solide en mécanique des fluides et/ou en physique des plasmas est souhaitée, ainsi qu'un intérêt avéré pour les méthodes numé-riques avancées. Une expérience préalable dans l'utilisation de codes de calcul est un atout im-portant, de même qu'une sensibilité aux observations spatiales associées aux missions solaires.
L'orientation précise du travail de thèse pourra être ajustée en fonction des aptitudes, des compé-tences spécifiques et des préférences du( de la ) candidat(e).