Évolution des structures transitoires dans la couronne solaire et de leur composition : une étude multi-instruments avec Solar Orbiter

La composition du plasma est un puissant outil de diagnostic pour comprendre la couronne solaire et relier les observations à distance aux mesures in situ du vent solaire. Au-dessus de la région de transition, les abondances élémentaires diffèrent des valeurs photosphériques en raison de l'effet de premier potentiel d'ionisation (effet FIP) : les éléments à faible FIP (FIP < 10 eV) sont généralement enrichis d'un facteur d'environ 3-4 dans la couronne et le vent solaire, tandis que les éléments à forte FIP restent proches des niveaux photosphériques. Une explication proposée pour ce biais est la force pondéromotrice qui apparaît près du sommet de la chromosphère en raison du gradient de la densité d'énergie des ondes d'Alfvén. Cette thèse se concentre sur les éléments à FIP intermédiaire (FIP ≃ 10 eV), en particulier le soufre (10,36 eV), dont la fractionation peut imiter un comportement de faible ou de forte FIP selon la topologie magnétique et la profondeur de pénétration des ondes d'Alfvén dans la chromosphère. Grâce à la spectroscopie en EUV avec Solar Orbiter/SPICE, je réalise l'une des premières mesures à distance du biais FIP du soufre dans différentes structures solaires et compare les résultats aux prédictions du modèle de force pondéromotrice. À cette fin, j'ai développé SAFFRON, un outil Python open-source adapté aux données SPICE niveau-2 qui assure la suppression des rayons cosmiques, un moyennage adaptatif, des ajustements multi-gaussiens contraints, la propagation des incertitudes et le calcul de cartes de biais FIP, avec une structure adaptée aussi bien aux analyses automatisées à grande échelle qu'aux études fines. Appliqué aux panaches (plumes) coronaux — structures brillantes et magnétiquement ouvertes, que l'on trouve dans les trous coronaux et contribuant au vent rapide — le soufre apparaît enrichi dans la région de transition à la base des panaches, en accord avec les modèles où la formation et le maintien des panaches favorisent aussi la fractionation à FIP intermédiaire via la force pondéromotrice. Dans les régions actives, en revanche, l'interprétation du biais FIP du soufre est plus délicate : autour de ∼0.1 MK, le plasma se situe souvent dans un régime où les diagnostics soufre-azote sont fortement sensibles à la densité, ce qui accroît les incertitudes. Je quantifie cette sensibilité et propose des stratégies pratiques, intégrant des contraintes de densité indépendantes, pour récupérer de manière robuste la composition dans des milieux denses. Dans l'ensemble, ces résultats font progresser notre compréhension de la variabilité de la composition et établissent les diagnostics à FIP intermédiaire — ainsi que, plus largement, les mesures de biais FIP — comme indicateurs de l'activité de la région de transition et de la couronne et comme sondes des ondes d'Alfvén au chromosphérique, fournissant des tests observationnels de la fractionation induite par les ondes dans la basse atmosphère solaire. Pour l'avenir, les phases haute latitude de Solar Orbiter seront déterminantes : notre travail prépare le terrain pour les observations SPICE et l'analyse des trous coronaux polaires, offrant davantage d'occasions de sonder la composition de leurs sous-structures et d'affiner nos conclusions. Tout aussi essentielles sont des campagnes multi-instruments coordonnées pour contraindre les paramètres de la fractionation : la combinaison d'observations à haute cadence de l'activité des ondes au chromosphère et des champs magnétiques photosphériques (p. ex. spectropolarimétrie avec DKIST ou GST) avec des mesures de composition par spectrographes EUV embarqués tels que SPICE, Hinode/EIS et Solar-C/EUVST permettra des comparaisons directes de l'activité ondulatoire et la topologie magnétique chromosphériques avec le biais FIP mesuré au-dessus de la chromosphère.