Evolution stellaire multi-dimensionnelle: effets de la convection turbulente sur la dynamique des étoiles variables – Stra multi-D

Le contexte général de ce projet est l'étude de processus physiques, caractéristiques de phases de l'évolution stellaire, à partir de simulations numériques multi-dimensionnel-les. Le but principal du projet est de développer un code hydrodynamique 2D (coordonnées sphériques avec symétrie azimutale), de type volumes finis et implicite en temps. Cette dernière propriété est requise pour suivre des processus caractéristiques de l'évolution stellaire (processus de mélange et de transport, rotation, oscillations, phases avancées d'étoiles) se produisant sur une gamme d'échelle de temps très étendue, qui excluent pour des raisons de stabilité numérique d'être suivies par les méthodes courantes explicites en temps. Ce type de développement multi-D est indispensable pour progresser dans le domaine de la physique stellaire, les études 1D actuelles, basées sur des approches phénoménologiques simplifiées (par exemple la théorie de longueur de mélange pour décrire la convection), étant arrivées à leurs limites dans la compréhension des principaux processus physiques mis en jeu dans les étoiles. - Le développement d'un tel outil numérique est un projet nouveau et ambitieux, car il n'existe pas, actuellement, de code numérique multi-D implicite en temps dans les communautés astrophysiques nationale et internationale. Plusieurs équipes internationales commencent cependant à s'atteler à cette tâche. Il est donc important de se positionner rapidement en développant cette expertise afin de rester compétitif dans le domaine de la physique stellaire. - - Le projet que nous proposons nécessite de procéder par étapes. Il serait irréaliste de vouloir développer un code général d'évolution stellaire multi-D. L'idée est plutôt de comprendre certains processus hydrodynamiques bien ciblés gràce à des simulations numériques multi-D. - Dans cet esprit, nous avons d'abord ciblé le développement de notre outil numérique sur l'étude de l'influence de la convection turbulente sur les oscillations d'étoiles qui subissent des oscillations radiales excitées par ?-mécanisme (type Céphéides, RR-Lyrae, Miras, etc...). L'interaction convection-pulsation dans les étoiles variables est en effet un problème de longue date dans ce domaine et reste toujours très mal comprise. De plus, le domaine des pulsations stellaires est actuellement très actif, avec de nombreux projets spatiaux attendus dans un avenir très proche (COROT, MONS, MOST, KEPPLER). De telles études permettent non seulement de contraindre la structure des étoiles, mais a aussi des implications galactiques et extra-galactiques importantes, certaines étoiles pulsantes étant utilisées comme calibrateurs de distance permettant la calibration de la constante de Hubble (e.g. Les Céphéides), ou comme indicateur d'àge d'amas globulaires (e.g. les RR-Lyrae). Les nombreux résultats attendus de ces projets spatiaux destinés à l'astérosismologie nécessiteront dans un avenir proche des outils théoriques et numériques poussés, tels que ceux que nous projetons de développer, pour les interpréter. - - Ce projet s'intègre dans les thématiques prioritaires de l'INSU autour du développement de la modélisation et des simulations numériques multi-dimensionnelles. Il contribue à l'action engagée au niveau national par la communauté de physique stellaire, via le projet ESTER, de modélisation multi-dimensionnelle des étoiles. Il est aussi à l'interface entre plusieurs disciplines, avec en particulier une place importante de la dynamique des fluides, car il repose sur l'étude de la turbulence, d'instabilités et de processus non-linéaires dans un milieu oscillant. Ce mélange d'expertises est souligné par la composition de l'équipe dont les membres ont des compétences complémentaires dans les domaines de l'astrophysique, la physique et les simulations numériques. -