À proximité de la surface magnétisée du Soleil, où cohabitent turbulence, convection et magnétisme intense, il est possible d'observer des « repliements magnétiques » (switchbacks). Ils prennent naissance là où se côtoient des lignes de champ magnétiques ouvertes et fermées et se matérialisent sous la forme de points de rebroussement du champ magnétique.

L'inversion soudaine du champ magnétique transporté par le vent solaire qui signe un switchback a pu être mesurée dès que des sondes spatiales ont été mises en orbite. Mais la sonde Parker Solar Probe de la NASA lancée en 2018 dans l'environnement proche du Soleil, a relancé l'intérêt pour ces phénomènes, en raison de la fréquence sans précédent de ces mesures (des centaines au cours d'une seule orbite).

Récemment, la sonde Solar Orbiter de l'ESA et de la NASA lancée en 2020 a fourni les toutes premières images d'un repliement magnétique à grande échelle. Celles-ci suggèrent que les swichbacks se forment au voisinage de la surface solaire plutôt qu'à l'intérieur du vent solaire, sous l'effet de la turbulence.

À la fois en soutien au programme de Solar Orbiter et dans le cadre du projet ERC Synergy WholeSun, des chercheurs de l'Irfu et une collaboration internationale ont développé des simulations numériques avancées, pour étudier la formation de structures magnétiques à l'origine du vent solaire, dont la formation, le chauffage et l'accélération pourraient s'expliquer en grande partie par la création et la dissipation de switchbacks.

Ces simulations magnétohydrodynamiques décrivent l'interaction non linéaire et complexe des cellules de convection à la surface du Soleil et du champ magnétique. Elles révèlent l'apparition de structures magnétiques torsadées, accompagnées de flots tourbillonnaires à plus petite échelle. Ces ondes de torsion pourraient remonter dans le vent solaire et s'y dissiper via la turbulence pour former des switchbacks. Les torsades de champ magnétique ont une longueur caractéristique d'environ 10 milliers de kilomètres, cohérente avec la nature fragmentée des switchbacks observés par Parker Solar Probe. 

Il existe très probablement plusieurs mécanismes de formation de switchbacks qui peuvent agir en synergie.

Les chercheurs de l'Irfu poursuivront ces travaux en explorant le chauffage et la structuration de l'atmosphère solaire dans diverses configurations magnétiques, afin de participer à l'interprétation des observations de Parker Solar Probe et de Solar Orbiter.

À partir de 2025, l'orbite de Solar Orbiter commencera à s'élever hors du plan des planètes, ce qui permettra d'observer, pour la première fois pendant plusieurs semaines, les pôles du Soleil. Qui sait quelles surprises attendent les scientifiques ?

Simulation 3D du champ magnétique sur un carré de 24 milliers de km de côté (le diamètre du Soleil étant d'environ 1400 milliers de km). Les cellules convectives à la surface solaire sont colorées en rouge et bleu pour distinguer le plasma chaud (en rouge) qui monte au centre des granules du plasma refroidissant (en bleu). Sous leur influence, le champ magnétique solaire s'organise en structures torsadées. (c)Finley et al. (2022)