Les structures émergentes

flottaison a tendance à dominer l’évolution globale du système, les motifs convectifs sont fortement per- turbés et le tube magnétique poursuit son émergence. Plus tard dans la simulation, le champ radial est de plus en plus advecté horizontalement par la convection (images 5 et 6), tendant ainsi à séparer les zones de polarité opposée des taches bipolaires. Les images 7 et 8 correspondant à environ 15 et 20 jours d’évolution après les premiers signes d’émergence montrent l’étirement des lignes de champ par les mouvements convectifs. De plus, on retrouve ici les caractéristiques connues de la magneto-convection (Proctor et Weiss 1982; Weiss et al. 2002; Brun et al. 2004), notamment le fait que le champ magnétique radial tend à se concentrer à la périphérie des cellules convectives, dans les lignes de flots descendants. Le tube perd alors complètement sa forme originale et devient soumis aux mouvements turbulents de la zone convective près du haut du domaine.

Nous notons enfin sur cette figure que l’orientation des taches émergentes est dans un premier temps Nord-Sud mais devient peu à peu Est-Ouest du fait des mouvements convectifs et de la forme arquée de la structure magnétique dont on voit apparaître de plus en plus les pieds. Toutefois, nous allons voir que différents paramètres peuvent jouer un rôle important dans le tilt des régions actives tels que le twist initial des lignes, l’intensité du champ ou la structure de la convection dans la zone d’émergence. Les observations du cycle solaire donnent des contraintes importantes sur cette caractéristique de l’émergence qu’est le tilt des taches, en effet, la loi de Joy stipule que statistiquement, l’angle que fait la droite reliant les deux polarités de la région bipolaire est d’environ 10o _{lors de l’émergence à moyennes latitudes et} que celui-ci diminue avec l’avancée du cycle. Ainsi, nous allons nous intéresser plus particulièrement à cette caractéristique robuste du cycle dans la section suivante.

8.4 Les structures émergentes

Nous venons de voir comment les mouvements convectifs permettent de créer une déformation im- portante d’un tube de champ introduit de manière axisymétrique pour donner finalement une émergence à des longitudes particulières. Toutefois, en procédant à une étude de paramètres, on constate qu’un tel comportement n’est observable que dans une gamme réduite d’intensité initiale. En effet, si le tube de champ est introduit à environ 11 fois le champ d’équipartition à la base de la zone convective, son ascen- sion très rapide (environ 4 jours dans nos paramètres du modèle) se fait de manière quasiment axisymé- trique. Le champ de vitesse créé localement par la force de Lorentz venant du tube domine totalement le champ de vitesse global et la convection environnante n’a que très peu d’impact sur le comportement du tube. Dans ce cas, l’émergence va se faire à environ toutes les longitudes, avec une très faible modulation ne procurant pas à la structure une courbure suffisante pour faire apparaître une émergence Est-Ouest. Au contraire, si le tube est introduit à une intensité initiale d’environ 1.5 fois l’équipartition, les flots descendants sont suffisamment intenses pour lutter contre la flottaison magnétique et le tube perd alors sa flottaison par diffusion avant d’avoir pu parcourir la distance qui le sépare du haut du domaine. Ainsi, dans ce cas, la structure magnétique est fortement déformée en longitude du fait de sa faible intensité mais ne parvient pas à émerger à la surface.

Ainsi, l’existence de longitudes actives localisées n’est observée dans ces simulations que dans une gamme particulière de champ magnétique initiale où la flottaison de la structure émergente lutte "d’égal à égal" contre l’action des flots convectifs. Un champ magnétique initial d’une intensité environ égale à 4.4Beq =2×105 G est ainsi un bon candidat pour créer des structures émergentes modulées en longitude. Brummell et al. (2002a); Cline et al. (2003b) ont montré qu’un cisaillement en vitesse localisé dans la tachocline était en mesure d’amplifier des champs magnétiques jusqu’à des valeurs de l’ordre de la centaine de kiloGauss mais la génération de champs aussi intenses répartis sur toute la base de la zone convective reste toutefois difficile à expliquer. Les modèles 3D de zone convective avec tachocline

154 Evolution de tubes de champ magnétique en zone complètement convective

(Browning et al. 2006) doivent donc être poursuivis pour mieux comprendre les mécanismes de création du champ et pour pouvoir quantifier précisément l’énergie magnétique générée dans cette zone de fort cisaillement qu’est la tachocline.

8.4.2 Tilt des régions actives

Nous nous plaçons donc dans le cas où le champ magnétique initial est dans une gamme de valeurs lui permettant de créer des longitudes actives localisées. Nous avons vu sur la figure 8.10 que l’orientation des taches bipolaires étaient préférentiellement Nord-Sud initialement puis dépendait fortement de la structure de la convection dans la zone d’émergence. Cette orientation particulière lors de l’émergence est due à l’existence de twist et c’est le champ radial issu du twist des lignes que l’on voit apparaître en premier lorsqu’on observe à rayon constant dans un plan latitude-longitude. Puis, si la structure est suffisamment arquée, une contribution au champ magnétique radial est apportée par les pieds de la boucle formée par les mouvements convectifs et on observe ainsi une orientation qui devient de plus en plus Est- Ouest et non plus purement Nord-Sud.

q=7 q=0 t=8.5 d t=10.3 d t=12.6 d t=15.5 d t=31.0 d t=22.1 d

F. 8.11 – Zoom dans le plan (θ, φ) d’une zone d’émergence de champ radial (contours colorés) au sein de la convection (couleurs) à 0.96R_⊙dans un cas sans twist et dans un cas où le twist est juste au-dessus du seuil de cohérence.