Etude numérique de la turbulence interstellaire à l'heure de l'exascale // Numerical Study of Interstellar Turbulence in the Exascale Era

Ce projet de thèse vise à mieux comprendre la turbulence du milieu interstellaire, un phénomène clé pour la formation des étoiles et des structures galactiques. Cette turbulence, à la fois magnétisée, supersonique et multiphasique, influence la manière dont l’énergie se propage et se dissipe, régulant ainsi l’efficacité de la formation stellaire à travers l’histoire de l’Univers. Son étude est complexe car elle implique une vaste gamme d’échelles spatiales et temporelles, difficile à reproduire numériquement. Les progrès du calcul haute performance, notamment l’arrivée des supercalculateurs exascale à GPU permet désormais d’envisager des simulations beaucoup plus fines.

Le code Dyablo, développé à l’IRFU, sera utilisé pour réaliser des simulations tridimensionnelles de très grande taille, avec un maillage adaptatif pour affiner les zones de dissipation d’énergie. L’étude progressera par étapes : d’abord des écoulements simples et isothermes, puis des modèles incluant chauffage, refroidissement, champ magnétique et gravité. Les propriétés turbulentes seront analysées via spectres de puissance, fonctions de structure et distributions de densité, afin de mieux comprendre la formation des zones denses propices à la naissance des étoiles. Enfin, une extension du travail à l’échelle galactique, en collaboration avec d’autres instituts français, visera à explorer la cascade d’énergie turbulente à grande échelle dans les galaxies entières.
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This PhD project aims to better understand interstellar medium turbulence, a key phenomenon governing the formation of stars and galactic structures. This turbulence—magnetized, supersonic, and multiphase—influences how energy is transferred and dissipated, thereby regulating the efficiency of star formation throughout the history of the Universe. Its study is complex, as it involves a wide range of spatial and temporal scales that are difficult to reproduce numerically. Advances in high-performance computing, particularly the advent of GPU-based exascale supercomputers, now make it possible to perform much more refined simulations.

The Dyablo code, developed at IRFU, will be used to carry out large-scale three-dimensional simulations with adaptive mesh refinement to resolve the regions where energy dissipation occurs. The study will progress in stages: first, simulations of simple isothermal flows will be conducted, followed by models that include heating, cooling, magnetic fields, and gravity. The turbulent properties will be analyzed using power spectra, structure functions, and density distributions, in order to better understand the formation of dense regions that give birth to stars. Finally, the work will be extended to the galactic scale, in collaboration with other French institutes, to investigate the large-scale energy cascade of turbulence across entire galaxies.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Direction d’Astrophysique
Laboratoire : Laboratoire de modélisation des plasmas astrophysiques
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Astronomie et Astrophysique d’Île de France (ED A&A)
Directeur de thèse : Hennebelle Patrick
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/DAP/LMPA

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Direction d’Astrophysique

astrophysique ou phsyqiue