Soutenance de Thèse

Tourbillons auto-gravitants dans les disques protoplanétaires

Soutenance de thèse de Steven Rendon, en anglais.

Résumé

Les disques protoplanétaires hébergent sans doute des structures tourbillonnaires dont les conséquences sur la formation planétaire ne sont pas encore claires. L’intérêt principal des tourbillons réside dans le fait qu’ils peuvent capturer et confiner très facilement une grande quantité de particules solides susceptible de s’effondrer gravitationnellement pour former des planétésimaux ou embryons de planètes. L’auto-gravité du disque joue donc un rôle essentiel dans ce scénario. En particulier, il est crucial d’étudier comment l’auto-gravité affecte la structure du tourbillon et son évolution.

Dans ce travail je m’intéresse, d’abord aux modèles analytiques de tourbillons à l’équilibre. Je propose un formalisme mathématique d’étude et obtiens une solution tourbillonnaire des équations d’Euler et continuité à 2D. La difficulté d’une approche purement analytique des équations de l’hydrodynamique et le souci d’approcher plus fidèlement le problème m’ont conduit à m’orienter vers une étude numérique à 3D. Je me suis donc attaché à développer RoSSBi3D, un code volumes finis compressible dont les performances actuelles permettent de réaliser des simulations à haute résolution.  Enfin, dans les deux dernières parties de cette thèse je m’intéresse exclusivement à l’étude de l’auto-gravité des tourbillons avec, ou sans, particules solides grâce à des simulations à haute résolution. Je propose un critère, analogue à celui de Toomre, qui permet de juger de la robustesse d’un tourbillon dans un disque auto-gravitant et je retrouve que les disques les plus massifs ne peuvent abriter de tourbillons à grande échelle. Dans le cas des simulations bifluides, je montre que le calcul de l’auto-gravité nécessite d’être estimé quatre fois au lieu d’une pour tenir compte correctement de la contribution des particules solides, mais aussi que la haute résolution permet d’éviter une dissipation prématurée des tourbillons et une surestimation de la rétroaction des particules sur le gaz.

Le jury:

• Geoffroy LESUR, CNRS IPAG – Referee
• Clément BARUTEAU, CNRS IRAP – Referee
• Héloïse Méheut, CNRS – Examiner
• Hubert Klahr, MPIA Heidelberg – Examiner
• Cornelis P. Dullemond, ZAH Heidelberg – Examiner
• Véronique BUAT, CNRS LAM – President

Thèse sous la supervision de :

• Pierre BARGE, CNRS LAM – PhD supervisor
• Stéphane Le Dizès, CNRS AMU IRPHE – PhD co-supervisor