Les instabilités magnétohydrodynamiques dans EULAG-MHD

Les mécanismes qui entretiennent le cycle magnétique solaire sont encore aujourd’hui relativement mal compris. Entre autres, certains travaux suggèrent la présence d’insta- bilités magnétohydrodynamiques qui pourraient avoir une influence significative sur la période du cycle par leur capacité à accélérer la destruction des structures magnétiques à grandes échelles. Nous analysons la présence des instabilités au sein des simulations effectuées à l’aide du modèle EULAG-MHD en utilisant premièrement une méthodologie basée sur un proxy spécifique associé à l’instabilité et en le comparant à un proxy similaire, mais pour le cycle magnétique solaire observé dans notre modèle. Cette méthodologie fait ressortir une évolution temporellement cyclique du proxy de l’instabilité avec des amplitudes similaires au proxy du cycle magnétique, mais présentant un léger déphasage. Nous poursuivons cette analyse en appliquant une méthode se basant sur le découpage de “zones instables” via le critère de Tayler dans la zone stable de notre modèle. L’application expose une migration équatoriale d’une zone instable qui débute à très hautes latitudes aux pôles, passe par le champ toroïdal classique, accélère et atteint l’équateur. Cette zone instable semble accélérer la destruction du champ magnétique présent, laissant place au nouveau champ pour la prochaine demie-période du cycle. La combinaison de ces deux analyses permet d’énoncer un scénario plausible qui inclut les effets d’une telle instabilité sur le cycle magnétique ainsi que sur la stabilité globale de notre simulation. Dans ce scénario, il est important de noter que les inversions de polarités semblent indépendantes de cette instabilité, qui ne ferait qu’accélérer le processus de destruction du champ déjà en place. Even today, the physical mecanisms generating the solar magnetic cycle are not yet fully understood. Recent research has suggested that magnetohydrodynamical (MHD) instabilities could be present and perhaps have a significant influence on the magnetic cycle period through their ability to accelerate the destruction of established large scale magnetic fields. In the present work, we investigate the existence and operation of an in- stability operating within an EULAG-MHD simulation of solar convection. We define a magnetic energy-based proxy designed to be sensitive to the growth of the MHD instabi- lity suspected to develop in the simulation, and compare its temporal behavior to another energy-based proxy characterizing the primary large-scale magnetic cycle. Both proxies show phase-lagged cyclic behavior with similar amplitudes. We follow up on this ana- lysis by applying another method based of the identification of "unstable zones" inside our convectively stable layer, using a known linear stability criterion for the so-called "Tayler instability". The application of this stability criterion reveals an equatorward mi- gration of a small unstable zone that starts at very high latitudes at each poles, crosses the zonal bands of strong toroidal magnetic field building up in the simulation, and acce- lerates towards the equator. This "instability front" appears to accelerate the destruction of the established magnetic field and thus facilitates polarity reversal and the buildup of the opposite polarity magnetic field for the subsequent half-period of the cycle. The combination of both types of analyses enables us to propose a plausible dynamo scenario that includes the effets of this instability on the magnetic cycle as well as on the global stability of our simulation. In the context of this scenario, it must be emphasized that the polarity inversions per se are not driven by the instability, which only supports the pola- rity reversals process by means of accelerated desctruction of the established large-scale magnetic field.

Keyphrases: Instabilités, Magnétohydrodynamique, Cycle magnétique solaire, Instabilities, Magnetohydrodynamics, Solar magnetic cycle