Étude numérique et expérimentale des phénomènes d'accrétion-éjection en astrophysique de laboratoire

With the development of high power laser facilities able to focus microscopic amounts of energy in less than 1 mm³ and in a few nanoseconds, it became possible to reach High Energy Density (HED) regimes of matter previously found only in planetary and stellar interiors. Laboratory astrophysics thus aims to study certain classes of astrophysical objects in a controlled environment of HED facilities using appropriate scaling laws.The modelling of hydrodynamic plasma flows in such experiments requires the use of numerical tools that will be presented in this thesis work. In particular, we will start by discussing the multi-physics Adaptive Mesh Refinement (AMR) code FLASH that can be used to model laser driven plasma flows. Then, we will discuss the equation of state and opacities necessary to precisely model the experimental conditions. Finally, in a validation effort, a code to code comparison study for MULTI, DUED and FLASH codes will be illustrated with several test cases. In a second part, we will present experimental results related to the accretion-ejection mechanisms in astrophysical objects, and in particular, magnetic Cataclysmic Variables (mCV) and astrophysical jets. The former is a binary star system, where a white dwarf accretes matter from a companion star. The matter is then confined by magnetic field lines and falls with a supersonic velocity onto the white dwarf surface, generating a stationary radiative shock wave in the accretion column. This work is part of the POLAR project and lead to experiments performed on the LULI2000 (France), GEKKO XII (Japan) and Orion (UK) laser facilities. The second type of objects that were studied in this work are astrophysical jets, where matter is ejected from a central compact object, forming plasma flows collimated over large distances. In particular, we have performed an experimental demonstration of the Shock Focused Inertial Confinement (SFIC) mechanism on the LULI2000 laser facility.Avec le développement des installations laser de puissance, qui focalisent des quantités macroscopique d'énergie dans moins d'un mm3 en quelques nanosecondes, il devenu possible d'atteindre des conditions de matière à Haute Densité d'Énergie (HDE) précédemment accessibles uniquement à l'intérieur des intérieurs planétaires ou stellaires. L’astrophysique de laboratoire vise ainsi à étudier certaines classes d'objets astrophysiques dans un environnement contrôlé sur des installations HDE à l’aide des lois d’échelles appropriées. La modélisation des écoulements hydrodynamiques dans ces expériences nécessite l’utilisation d’un ensemble d’outils numériques, qui seront abordés dans une première partie de ce travail. En particulier, je présenterai un code d’hydrodynamique/MHD radiative à raffinement automatique de maillage (AMR), FLASH, développé à l’université de Chicago, permettant de modéliser les plasmas produits par laser. Puis, je discuterai de l’amélioration des données de base (équations d’état et opacités), indispensables pour simuler avec précision les conditions expérimentales. Enfin, dans un effort de validation, une comparaison entre les codes MULTI, DUED et FLASH sera illustrée sur un cas test. Dans une deuxième partie, seront abordés les résultats expérimentaux relatifs aux mécanismes d’accrétion-éjection de matière dans les objets astrophysiques que sont les variables cataclysmiques magnétiques (mCV) et les jets astrophysiques. Les premiers sont des systèmes binaires dans lesquels une naine blanche accréte de la matière provenant d'une étoile compagnon. La matière est alors confinée par des lignes de champ magnétiques et tombe avec une vitesse supersonique à la surface de la naine blanche, créant un choc radiatif stationnaire dans la colonne d’accrétion. Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un projet national POLAR et a donné lieu à des expériences effectuées sur les installations laser LULI2000, GEKKO XII (Japon) et Orion (R.-U.). Le second type d'objets étudiés est les jets astrophysiques où la matière est éjectée d’un objet compact, formant des flots de plasmas collimatés sur de larges distances. On s’intéressera en particulier, aux mécanismes de collimation hydrodynamique par choc (SFIC) avec des expériences effectuées sur l’installation LULI2000