Modélisation de l`évolution du moment cinétique des étoiles de

THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Astrophysique
Arrêté ministériel : du 7 Août 2006
Présentée par
Florian Gallet
Thèse dirigée par Jérôme Bouvier
préparée au sein l’Institut de Planétologie et d’Astrophysique de
Grenoble
et de l’École doctorale de Physique
Modélisation de l’évolution du
moment cinétique des étoiles de
faible masse
Thèse soutenue publiquement le 22 Septembre 2014,
devant le jury composé de :
Mr. Jean-Louis Monin
Professeur, IPAG, Université Joseph Fourier, Président
Mme. Ana Palacios
Astronome Adjoint, LUPM, Université de Montpellier II, Rapporteur
Mr. Pascal Petit
Astronome Adjoint, IRAP, Université de Toulouse III, Rapporteur
Mme. Corinne Charbonnel
Professeur, OBSGE, Université de Genève, Examinatrice
Mr. Alessandro Lanzafame
Chercheur, UNICT, Université de Catane, Examinateur
Mr. Jérôme Bouvier
DR1, IPAG, Université Joseph Fourier, Directeur de thèse

Remerciements
Ça y est cette aventure est enfin finie ! Après trois années de (dur ?) labeur,
me voilà en train de rédiger cette partie ô redoutée : les remerciements.
Ce n’est pas facile de se souvenir des petites phrases notées au cours de ce
projet et visant à être intégrées ici, sur cette page pour le moment blanche. J’aurais
vraiment dû écrire ça directement après ma soutenance...
Je voudrais commencer par remercier mon directeur de thèse, Jérôme, sans
qui tous ces travaux n’auraient pu voir le jour. Merci de m’avoir appris le métier
de chercheur et de m’avoir donnée la chance de pouvoir faire mes preuves. J’ai
conscience que j’ai vraiment eue de la chance de tomber sur un chercheur et sur
une personne avec autant de qualités. Grâce à lui j’ai eu l’opportunité de découvrir
des pays magnifiques, Brésil, Espagne, Écosse mais surtout d’avoir pu rencontré
des personnes fantastiques : Pascal, Ana, Louis, Corinne, Claudio et Sean avec
qui travailler a été un plaisir. J’espère que cette collaboration continuera pendant
longtemps. Durant cette thèse j’ai bénéficier d’une très grande liberté qui, je pense,
a grandement bénéficié au bon déroulement de cette dernière. Même si je sais que
Jérôme était toujours derrière moi pour me soutenir et me guider, j’ai eu l’agréable
impression de mener ma propre recherche en autonomie. Pour ces raisons je suis
très reconnaissant envers Jérôme.
Je voudrais remercier Ana Palacios et Pascal Petit d’avoir accepté de rap-
porter cette thèse ainsi que Corinne Charbonnel, Alessandra Lanzafame et Jean-
Louis Monin d’avoir participé à mon jury de thèse en tant qu’examinateurs. Vos
messages d’encouragement m’ont vraiment touché et vos fins commentaires et
remarques me seront très utiles dans la suite de ma carrière.
Durant ces trois années à l’IPAG j’ai eu la chance des côtoyer des hommes
et femmes, autant scientifique qu’administratif, merveilleux. Je pense notamment
à Jonathan (ton cours de licence de mécanique analytique restera gravé dans
mon cerveau toute ma vie), POP, Myriam et Nicolas (merci d’avoir été autant
disponible pour nous), Marie-Hélène (qui a eu la dure tâche de faire tourner la
baraque), Fabienne, Sylvain, Richard, Fred et David (pour votre bonne humeur).
Je voudrais également remercie les collègues et amis de galère : Romane, Jacques,
Julien, Fabien, Mikhael, Super Fabrice, Antoine, sans oublié Virginie ma super
co-bureau. Une thèse, au final, ça forge des liens solides et j’espère vous tous
revoir, si ce n’est autour d’une bière, durant une conférence (également autour
d’une bière...). Si cette thèse c’est aussi bien passée c’est grâce à vous ! Merci !
Merci également aux jeunes, moins jeunes et jeunes vieux : Justine, Simon,
Thomas, Solenn (la fin arrive dans pas longtemps pour certains d’entre vous,
muhuhahahaha), Mickael et les deux Alexis !
Un immense merci à la génération juste avant nous : Remi, Jeremy, Vianney,
Astrid, Nicolas et Illya ! Vous m’avez montré le chemin à suivre et j’espère avoir
été digne de votre héritage ! Grâce à vous j’ai passé la meilleur première année de
thèse qu’il soit possible de vivre !
Je remercie du fond de mon coeur ma mère, mon père, ma soeur et mon frère
pour m’avoir toujours soutenu dans ce projet de thèse mais aussi de choix de
carrière !
Les derniers mot de ces remerciements vont à Amandine qui est entrée dans
ma vie au plus dur moment de cette thèse : la rédaction. Grâce à son soutient, sa
patience et son amour, cette phase est bizarrement passée très rapidement ! Merci
à toi !

Table des matières
Remerciements i
Table des matières iii
Liste des Figure v
Liste des Tables vii
Liste des notations utilisées ix
Introduction 1
1 Contexte observationnel 5
1.1 Période de rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.1 Tache stellaire et photométrie . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.2 Mesure de rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.3 Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2 Contraintes rotationnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.1 Zones de formation stellaire et amas ouverts . . . . . . . . 13
1.2.2 Bins de masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.2.1 Choix des bins de masse . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.2.2 Critères statistiques et analyse des distributions . 20
1.3 Évolution rotationnelle observée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2 Modèles numériques 25
2.1 Les bases du modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.1.1 Fonctionnalités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.1.2 Approximations/Incertitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.1.3 Évolution stellaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2 Modèle paramétrique de l’évolution du moment cinétique . . . . . 36
2.2.1 Mécanismes physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2.1.1 Loi de freinage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2.1.2 Découplage coeur/enveloppe . . . . . . . . . . . . 48
2.2.1.3 Interaction étoile/disque . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.2 Équations d’évolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3 Modèle global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
iii