Modélisation de la dynamique de l'atmosphère solaire avec MAGEC

Contexte. La modélisation de l'atmosphère solaire est un défi en raison de sa structure en couches et des processus dynamiques multi-échelles. Objectifs. Nous visons à valider le nouveau code de magnétohydrodynamique radiative (MHD) MAGEC—construit en intégrant les codes MANCHA3D et MAGNUS dans un cadre de volume fini capturant les chocs—et à explorer ses capacités à travers des simulations 2D de magnéto-convection dans l'atmosphère solaire. Méthodes. Le code MAGEC est parallélisé avec une Interface de Passage de Messages (MPI), permettant une évolutivité efficace pour des simulations à grande échelle. Nous l'avons amélioré avec des techniques numériques avancées pour traiter les complexités spécifiques de la couronne solaire, y compris un module pour les pertes radiatives de l'équilibre thermodynamique local (LTE). Pour faire face aux petits pas de temps dus à de grandes valeurs de flux de chaleur, nous avons adopté le traitement hyperbolique pour la conduction thermique de MANCHA3D, ce qui améliore considérablement les temps de calcul. De plus, nous avons estimé la résistivité numérique effective et la viscosité à travers un ensemble d'expériences dédiées. Pour évaluer la robustesse et l'exactitude de MAGEC, nous avons réalisé une série de simulations 2D couvrant un domaine s'étendant de 2 Mm sous la surface solaire à 18,16 Mm dans la couronne. Les simulations ont été effectuées avec des configurations de champ magnétique ouvertes et fermées. Pour chaque cas, nous avons analysé les profils de température à l'état stationnaire qui en résultaient et examiné les contributions énergétiques à différentes hauteurs. De plus, nous avons étudié l'influence du composant perpendiculaire de la conduction thermique dans une simulation dédiée. Résultats. Le code MAGEC a reproduit efficacement les profils de température attendus en fonction des conditions limites appliquées et de la configuration du champ magnétique imposée. Toutes les simulations ont atteint un état thermiquement stable. Lors de l'utilisation d'un champ magnétique vertical ouvert, la température dans la couronne intermédiaire était plus élevée que dans le cas d'une structure de champ magnétique fermée en arc. Nous avons quantifié les contributions à l'énergie interne de tous les termes explicites et implicites à l'état stationnaire, à la fois en termes de moyennes temporelles et en tant que fonctions de la hauteur, ainsi que leurs contributions relatives au chauffage et au refroidissement totaux. Dans une deuxième phase de l'étude, nous avons examiné le rôle du composant perpendiculaire de la conduction thermique, souvent négligé dans les modèles coronaux, et avons découvert qu'il pouvait influencer la dynamique du plasma autour des événements de reconnexion. Bien que les effets locaux soient modestes, leur impact cumulatif peut entraîner des changements mesurables dans le profil de température moyen. Conclusions. Grâce à une validation détaillée, MAGEC est un code fiable et efficace pour les simulations MHD radiatives de l'atmosphère solaire. L'intégration de méthodes capturant les chocs est particulièrement bien adaptée à la modélisation de l'environnement plasma, gérant efficacement les chocs et les discontinuités caractéristiques de l'atmosphère solaire. MAGEC est un outil robuste pour des simulations de magnéto-convection de haute fidélité des dynamiques atmosphériques solaires.