| Resumé |
Quels sont les processus physiques à l'origine des propriétés non-thermiques observées dans les sources astrophysiques de haute énergie ? D'où viennent les rayons cosmiques de haute énergie ? Les réponses à ces questions semblent être intimement liées à la physique des chocs, de la turbulence et de l'accélération de particules. Notamment, comprendre les chocs non-collisionnels, qui sont parmi les sites d'accélération les plus activement explorés par l'astrophysique moderne, implique de rendre compte de dépendances complexes entre ces trois composantes.Nous plaçant ici dans le cadre de travail de la magnétohydrodynamique (MHD) relativiste, nous examinons tour à tour différents aspects impliqués dans la physique non-linéaire et multi-échelle qui régit ces systèmes. Dans un premier temps, nous traitons d'un problème en lien avec la problématique des interactions choc-turbulence, à savoir la réponse d'un choc rapide perpendiculaire à des ondes magnétohydrodynamiques en provenance de l'amont du choc. Nous démontrons numériquement que cette réponse est dans certaines conditions résonantes, comme cela avait été prédit par une étude linéaire dans la limite relativiste. Par le biais de simulations bidimensionnelles à haute résolution effectuées avec un code à maillage adaptatif, MPI-AMRVAC, nous sondons ce phénomène dans les régimes sub-relativiste et relativiste ainsi que son évolution non-linéaire. On se concentre ensuite sur le problème de particules test interagissant avec une turbulence MHD relativiste pour étudier de manière analytique et numérique la physique de l'accélération stochastique, en insistant sur les spécificités du régime relativiste, qui demeure peu exploré. Au niveau analytique, nous dérivons des expressions pour les coefficients de diffusion de l'angle d'attaque et de la quantité de mouvement pour différents modèles phénoménologiques de turbulence largement acceptés dans la littérature. Nous nous affranchissons de certaines limites de la théorie quasi-linéaire standard en incorporant des effets d'élargissement de résonance dus à la décorrélation des ondes qui composent la turbulence et à des perturbations non-linéaires de la trajectoire des particules sujettes aux réflexions de miroirs magnétiques. Nous montrons que ces estimations analytiques sont en bon accord avec nos simulations de particules test évoluant dans une turbulence prescrite. Enfin, on présente les premiers résultats de nos simulations de MHD relativiste tridimensionnelles de turbulence forcée avec évolution temporelle, utilisées pour explorer l'accélération stochastique dans un plasma relativiste chaud de magnétisation de l'ordre de l'unité. On trouve en particulier que le coefficient de diffusion en quantité de mouvement a une dépendance Dpp ~p2, ce qui est cohérent avec nos prédictions analytiques pour une turbulence faite de perturbations de type ondes d'Alfvén et avec de récentes simulations « Particule en cellule » ayant sondé un régime similaire. |