Étude approfondie de la structure interne du Soleil: héliosismologie et modèles fins incluant la ségrégation détaillée des éléments et les processus de transport
Résumé
In this thesis we have studied different aspects of modelling the solar internal structure. The accuracy of Helioseismology gives strong constraints on the structure of solar models. The best standard models (models where convection and microscopic diffusion are the only transport processes taken into account) reproduce the sound speed of the seismic Sun (obtained by inversion of seismic modes) with a deviation smaller than 1%. With such an accuracy we tested the effects on the models of variations in the quantities used for their calibration, inside their error bars. We have noted that these variations give negligible changes in the comparison with the sound speed of the seismic Sun. We have studied the accuracy on the helioseismic determination of the solar helium abundance. We also have studied the effects of modifications in the input physics (equation of state, opacities, nuclear reaction rates and initial mixture) on the structure of models. Our best model, obtained with the most recent data, reproduces the sound velocity of the seismic Sun within 0.3%. We have studied several physical processes able to reproduce the helioseismic and chemical constraints: mass loss, mixing processes and temperature fluctuations that could occur at the bottom of the convective zone. We have shown that the rotation-induced mixing could reproduce the chemical constraints while improving the agreement with the seismic Sun. All the models predict neutrino fluxes more important than those observed. We have tested a mixing that could occur in the solar core and reduce the neutrino fluxes: it destroys the agreement with the seismic Sun. These results seem to show that the solution of the solar neutrino problem is in particle physics.
Au cours de cette thèse nous avons étudié différents aspects de la modélisation de la structure interne du Soleil. La précision atteinte avec l'héliosismologie permet de fortement contraindre les modèles solaires. Les meilleurs modèles standards (où la convection et la diffusion microscopique sont les seuls processus de transport pris en compte) reproduisent la vitesse du son du modèle sismique (obtenu par inversion des modes sismiques) avec un très bon accord (meilleur que 1%). Nous avons testé dans ce cadre l'influence d'une variation des grandeurs utilisées pour la calibration des modèles, compte-tenu de leur incertitude actuelle. Nous avons constaté que ces variations entraînent des modifications négligeables dans la comparaison avec le modèle sismique. Nous avons aussi étudié les effets du changement de l'équation d'état, des opacités, des taux de réactions nucléaires et de la composition chimique initiale dans les modèles. Pour notre meilleur modèle, calculé avec les données les plus récentes, l'écart avec la vitesse du son du modèle sismique est inférieur à 0.3%. Nous avons étudié la précision obtenue dans la détermination héliosismique de la fraction de masse d'hélium 4 dans la zone convective du Soleil. Nous avons aussi étudié les processus de transport susceptibles d'expliquer les abondances observées des éléments légers. Le mélange induit par la rotation permet de reproduire les contraintes chimiques tout en améliorant l'accord avec le modèle sismique. Dans tous ces modèles les flux de neutrinos obtenus sont plus importants que ceux observés. Nous avons testé l'effet d'un mélange dans le coeur du Soleil : les flux de neutrinos sont diminués mais l'accord avec le modèle sismique est dégradé. Cette étude tend à montrer que la solution au problème des neutrinos solaires se trouve plutôt en physique des particules.