Le soleil est une étoile active, et les éruptions solaires sont une des manifestations de cette activité. Il est admis que l'énergie disponible pour les éruptions solaires a une origine magnétique, et est transmise au milieu lors de phénomènes de reconnexion magnétique dans la couronne. Une partie de cette énergie permet d'accélérer les particules du milieu (électrons et ions). Cependant, les détails concernant les conditions dans lesquelles les particules sont accélérées et se propagent des régions d'accélération aux sites d'interaction lors des éruptions solaires ne sont pas encore tous compris.Plusieurs modèles d'accélération de particules ont été développés dans le cadre de l'étude des éruptions solaires. Dans certains modèles, les particules sont accélérées par un champ électrique généré au niveau de couches de courants électriques, qui peuvent être fragmentées, et qui sont préférentiellement localisées au niveau de surfaces quasi-séparatrices. Afin d'étudier le lien entre l'accélération de particules et le champ électrique direct produit au niveau de couches de courants, nous avons recherché s'il y avait des corrélations entre les sites d'émission des particules énergétiques et les courants électriques mesurés au niveau de la photosphère. Les observations X (dur) représentent les diagnostics les plus directs des électrons énergétiques produits pendant les éruptions solaires (rayonnement de freinage des électrons dans l'atmosphère solaire) et nous avons donc utilisé les observations X du satellite RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectrometric Imager) afin de produire des images et des spectres du rayonnement X dur des électrons énergétiques. Afin de caractériser les courants électriques dans la région éruptive, nous avons utilisé les données spectropolarimétriques de l'instrument HMI (Helioseismic and Magnetic Imager) du satellite SDO (Solar Dynamic Observatory) et nous avons calculé les densités de courants verticales photosphériques à partir du champ magnétique vectoriel reconstruit. Une corrélation entre les émissions X coronales (dues aux particules énergétiques proches du site d'accélération) et les rubans de forte densité de courants photosphériques (traces des couches de courants coronales) a été mise en évidence pour les cinq éruptions de classe X étudiées. De plus, grâce à la cadenc / The Sun is an active star and one manifestation of its activity is the production of solar flares. It is currently admitted that solar flares are caused by the release of magnetic energy during the process of magnetic reconnection in the solar upper atmosphere, the solar corona. During these flares, a large fraction of the magnetic energy is transferred to the acceleration of particles (electrons and ions). However, the details of particle acceleration during flares are still not completely understood.Several scenarios and models have been developed to explain particle acceleration. In some of them, electric fields, produced at the location of current sheets, which can be fragmented or collapsing, and which are preferentially located on quasi-separatrix layers (QSLs), are accelerating particles. To investigate a possible link between energetic particles and direct electric fields produced at current sheet locations, we looked for a correlation between X-ray emission from energetic electrons and electric currents which can be measured at the photospheric level. We used the Reuven Ramaty High Energy Solar Spectrometric Imager (RHESSI) data to produce spectra and images of the X-ray emissions during GOES X-class flares, and spectropolarimetric data from the Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) onboard the Solar Dynamics Observatory (SDO) to calculate the vertical current densities from the reconstructed 3D vector magnetic field. A correlation between the coronal X-ray emissions (tracing the energetic electrons near the acceleration site) and the strong current ribbons at the photospheric level (tracing the coronal current sheet) was found in the five studied X-class flares. Moreover, thanks to the 12-minute time cadence of SDO/HMI, we could study for the first time the time evolution of electric currents: in several flares, a change in the current intensity, occurring during the flare peak, was found to be spatially correlated with X-ray emission sites. These observations enlighten a common evolution of both electric currents and X-ray emissions during the

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Ce travail de thèse est une étude expérimentale, basée sur la spectroscopie d’émission et d’absorption de plasmas chauds et denses créés par une impulsion laser nanoseconde. La physique atomique au sein de ce type de plasmas représente un sujet complexe et de grand intérêt, notamment dans les domaines de l’astrophysique ou de la fusion par confinement inertiel. Du point de vue de la physique atomique, cela revient à déterminer des paramètres tels que l’ionisation moyenne ou l’opacité en fonction de la température électronique et de la densité de matière du milieu. Les codes de physique atomique ont alors besoin de données expérimentales pour se développer et être validés afin qu’ils soient prédictifs sur une large gamme de plasmas. Dans ce travail nous nous concentrons sur des plasmas dont la température électronique varie de 10 eV à plus d’une centaine d’électron-volts pour des densités de matière allant de 10⁻⁵ à 10⁻² g/cm³. Dans ce manuscrit on distingue deux types de données spectroscopiques qui sont toutes les deux utiles et nécessaires au développement des codes de physique atomique car elles sont caractéristiques de l’état du plasma étudié : 1) des spectres d’absorption obtenus avec des plasmas proche de l’équilibre thermodynamique local de Cu, de Ni et d’Al ; 2) des spectres d’émission obtenus avec des plasmas hors équilibre thermodynamique local de C, d’Al et de Cu. Ce travail met en lumière différentes techniques expérimentales ainsi que diverses comparaisons avec des codes de physique atomique et d’hydrodynamique. / This PhD work is an experimental study, based on emission and absorption spectroscopy of hot and dense nanosecond laser-produced plasmas. Atomic physics in such plasmas is a complex subject and of great interest especially in the fields of astrophysics or inertial confinement fusion. On the atomic physics point of view, this means determining parameters such as the average ionization or opacity in plasmas at given electronic temperature and density. Atomic physics codes then need of experimental data to improve themself and be validated so that they can be predictive for a wide range of plasmas. With this work we focus on plasmas whose electronic temperature varies from 10 eV to more than a hundred and whose density range goes from 10⁻⁵ à 10⁻² g/cm³. In this thesis, there are two types of spectroscopic data presented which are both useful and necessary to the development of atomic physics codes because they are both characteristic of the state of the studied plasma: 1) some absorption spectra from Cu, Ni and Al plasmas close to local thermodynamic equilibrium; 2) some emission spectra from non local thermodynamic equilibrium plasmas of C, Al and Cu. This work highlights the different experimental techniques and various comparisons with atomic physics codes and hydrodynamics codes.

Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre de l’allumage rapide pour la fusion par confinement inertiel (FCI), pour la production d’énergie. Dans ce schéma les phases de compression et d’allumage sont découplées. Au cours de la seconde phase, le faisceau d’électrons doit parcourir une distance de 300 µm dans le combustible dense avantde déposer son énergie au coeur de la cible et d’initier les réactions de fusion. Le principal défaut de ce schéma réside dans la divergence du faisceau d’électrons au cours de son transport dans la matière dense. Parmi plusieurs schémas proposés pour réduire cette divergence, nous considérons ici, les schémas sans cône basés sur la collimation des électrons dans un champ magnétique. En particulier, A.P.L. Robinson et ses collaborateurs [Phys. Rev. Lett. 100, 025002, 2008] ont proposé une méthode simple à mettre en place pour contrôler la divergence du faisceau d’électrons :utiliser une séquence de deux impulsions laser. La première impulsion permet de créer un environnement magnétique favorable au confinement du faisceau d’électrons engendré par la seconde interaction. La validation de cette proposition est le sujet de cette thèse. Nous présenterons les résultats expérimentaux et les modélisations théoriques motivées par cette proposition. L’expérience du guidage d’un faisceau d’électrons avec deux impulsions laser a été réalisée sur l’installation laser petawatt Vulcan au Rutherford Appleton Laboratory (RAL) à Didcot en Angleterre. Elle est basée sur la proposition d’un groupe international dans le cadre du projet FCI HiPER. Cette expérience nous a permis d’obtenir les conditions de guidage en fonction du rapport des intensités et du délai entre les deux impulsions. Les résultats de l’expérience ont été modélisés par le code hydrodynamique CHIC couplé au module de transport de particules chargées M1. L’interprétation des résultats expérimentaux nous a permis d’expliquer la base de la physique du guidage du faisceau d'électrons et d'en définir les conditions magnétiques favorables. / The work presented in this thesis is realised in the framework of the fast ignition of inertial confinement fusion for energy production. In this scheme the compression and the ignition phases are decoupled. During the second phase, the electron beam must cross over 300 µm in the dense fuel to deposit its energy in the dense core and ignite the fusion reactions.The major problem of the scheme is related to the divergence of the electron beam while it crosses the dense matter. Among the different propositions to inhibit the electron divergence we consider here the schemes without cone that are based on the effect of magnetic collimation. In particular, A.P.L. Robinson and his co-authors [Phys. Rev. Lett. 100, 025002, 2008] suggested a simple way to control the electron beam divergence by using a sequence of two laser pulses. The first one creates a magnetic background favourable for the confinement of the second electron beam resulting from the second interaction. The validation of this scheme is the major goal of this thesis.We present the results of experimental sudies and numerical modeling of the electron beam guiding with help of two consequent laser pulses. The experiment was performed on the Vulcan facility at the Rutherford Appleton Laboratory at Didcot in UK, based on the proposal submitted by an international group of scientists in the framework of the European project for inertial fusion energy HiPER. This experiment allowed us to define a combination of laser and target parameters where the electron beam guiding takes place. The analysis of experimental data and numerical modelling is realised with the hydrodynamic code CHIC coupled to the charged particules transport module M1. The interpretation of the experimental results allowed us to explain the experimental data and the physical basis of guiding and to define the magnetic conditionflavourable to the electron beam guidance.

Cette thèse se place dans le contexte de la fusion thermonucléaire pour la production d’énergie, dans le cadre de l’allumage rapide par faisceaux d’électrons chauds. Le travail présenté a pour but de caractériser la source de faisceaux d’électrons rapides, accélérés par lasers intenses (1019≠1020 W/cm2), et leur propagation dans des plasmas denses aussi bien à l’état solide quecomprimé.La première étude présentée avait pour but d’étudier la propagation d’électrons rapides, caractérisés par une densité de courant > 1011 A/cm2, dans des cibles d’aluminium chauffées à la température de Fermi par un choc plan contra-propagatif, qui les comprimait à deux fois la densité du solide. La géométrie de compression plane nous a permis de dissocier les pertesd’énergie dues aux effets résistifs et collisionnels, en comparant des cibles solides et comprimées de masses surfaciques identiques. Nous avons observé pour la première fois une augmentation des pertes d’énergie d’origine résistive dans les échantillons chauffés. La confrontation des données expérimentales avec les simulations, incluant une caractérisation complète de la source électronique, de l’état de compression des cibles et du transport d’électrons, a permis d’étudier l’évolution temporelle de la résistivité du matériau. Elle a notamment permis d’estimer que le pouvoir d’arrêt résistif dans les cibles tièdes et denses est d’amplitude comparable au pouvoir d’arrêt collisionnel.Dans la deuxième étude, nous avons analysé l’accélération et le transport d’électrons rapides produits lors de l’interaction d’un laser à haut contraste avec un cône de cuivre, enchâssé dans un bloc de carbone, et comprimé par un choc plan contra-propagatif. Un système d’imagerie X a permis de visualiser le couplage entre le faisceau laser intense et le cône à différents instants de la compression. Ce diagnostic, donnant accès à la distribution spatiale du faisceau d’électrons chauds, a montré une génération d’électrons dans tout le volume du cône pour des temps supérieurs au temps de débouché de choc au niveau de la pointe. Pour des temps antérieurs, l’interaction se produit à haut contraste, la source est restreinte au niveau de la pointe du cône, et la propagation collimatée des électrons vers l’intérieur de la cible est assurée par les champs magnétiques auto-générés. Ces conclusions ont été obtenues en confrontant les données expérimentales aux simulations.Une caractérisation hydrodynamique de la compression par choc de la cible a été effectuée à l’aide d’une technique de radiographie X, permettant de visualiser la propagation du front de choc dans la cible, sa collision avec la pointe du cône et son glissement le long des parois. Les mesures sont en accord avec des simulations hydrodynamiques. / The framework of this PhD thesis is the inertial confinement fusion for energy production, in the context of the electron fast ignition scheme. The work consists in a characterization of the transport mechanisms of fast electrons, driven by intense laser pulses (1019 ≠ 1020 W/cm2) inboth cold-solid and warm-dense matter.The first goal was to study the propagation of a fast electron beam, characterized by a current density > 1011 A/cm2, in aluminum targets initially heated close to the Fermi temperature by a counter-propagative planar shock. The planar compression geometry allowed us to discriminate the energy losses due to the resistive mechanisms from collisional ones by comparing solid and compressed targets of the same initial areal densities. We observed for the first time a significant increase of resistive energy losses in heated aluminum samples. The confrontation of the experimental data with the simulations, including a complete characterization of the electron source, of the target compression and of the fast electron transport, allowed us to study the time-evolution of the material resistivity. The estimated resistive electron stopping power in a warm-compressed target is of the same order as the collisional one.We studied the transport of the fast electrons generated in the interaction of a high-contrast laser pulse with a hollow copper cone, buried into a carbon layer, compressed by a counterpropagative planar shock. A X-ray imaging system allowed us to visualize the coupling of thelaser pulse with the cone at different moments of the compression. This diagnostic, giving access to the fast electron spatial distribution, showed a fast electron generation in the entire volume of the cone for late times of compression, after shock breakout from the inner cone tip. For earlier times, the interaction at a high-contrast ensured that the source was contained within the cone tip, and the fast electron beam was collimated into the target depth by self-generated magnetic fields. These conclusions were obtained by a confrontation of experimental data to simulation results.The hydrodynamic characterization of the shock-induced target compression was performed using a X-ray point projection radiography technique, allowing to visualize a propagation of the shock front into the target, its collision with the cone tip and its subsequent sliding along the cone walls. The measurements are in agreement with hydrodynamic simulations.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la recherche sur la fusion nucléaire par confinement inertiel, et vise notamment à contribuer à la validation du schéma d'allumage rapide. Elle consiste en une étude expérimentale des différents processus impliqués dans la propagation d'un faisceau d'électrons relativistes, produit par une impulsion laser ultra-intense (10^{19} W.cm-2), au sein de la matière dense qu'elle soit solide ou comprimée. Dans ce travail de recherche nous présentons les résultats de trois expériences réalisées sur des installations laser distinctes afin de générer des faisceaux d'électrons dans diverses conditions et d'étudier leur propagation dans différents états de la matière, du solide froid au plasma dense et tiède.La première expérience a été réalisée à très haut contraste temporel sur l'installation laser UHI100 du CEA de Saclay. L'étude du dépôt d'énergie par le faisceau d'électrons dans l'aluminium solide a mis en évidence un important chauffage à faible profondeur, où les effets collectifs sont prédominants, générant ainsi un gradient important de température entre les faces avant (300eV) et arrière (20eV) sur 20µm d'épaisseur. Une modélisation numérique de l'expérience montre que ce gradient induit la formation d'une onde de choc débouchant en face arrière, donnant alors lieu à une augmentation de l'émission thermique. La chronométrie expérimentale du débouché du choc permet de valider le modèle de transport collectif des électrons.Deux autres expériences ont porté sur l'étude de la propagation de faisceaux d'électrons rapides au sein de cibles comprimées. Lors de la première expérience sur LULI2000 (LULI), la géométrie de compression plane a permis de dissocier de manière précise les pertes d'énergie liées aux effets résistifs de celles liées aux effets collisionnels. En comparant nos résultats expérimentaux à des simulations, nous avons mis en évidence l'augmentation significative des pertes d'énergie du faisceau d'électrons avec la compression et le chauffage de la cible à des température proches de la température de Fermi, et ce, pour les deux mécanismes. La seconde expérience, réalisée en géométrie cylindrique sur Vulcan (RAL), a permis de mettre en évidence un phénomène de guidage du faisceau d'électrons rapides sous l'effet d'un intense champ magnétique, auto-généré en présence d'importants gradients radiaux de résistivité. Par ailleurs, dans les conditions de température et de densité atteintes, l'augmentation des pertes d'énergie collisionnelles avec la densité s'avère être compensée par une diminution des pertes résistives du fait du passage de la conductivité du milieu dans le régime des hautes températures de Spitzer. / The framework of this PhD thesis is the validation of the fast ignition scheme for the nuclear fusion by inertial confinement. It consists in the experimental study of the various processes involved in fast electron beams propagation, produced by intense laser pulses (10^{19} W.cm-2), through dense matter either solid or compressed. In this work we present the results of three experiments carried out on different laser facilities in order to generate fast electron beams in various conditions and study their propagation in different states of matter, from the cold solid to the warm and dense plasma.The first experiment was performed with a high intensity contrast on the UHI100 laser facility (CEA Saclay). The study of fast electron energy deposition inside thin aluminium targets highlights a strong target heating at shallow depths, where the collectivs effects are predominant, thus producing a steep temperature profile between front (300eV) and rear (20eV) sides over 20µm thickness. A numerical simulation of the experiment shows that this temperature gradient induces the formation of a shock wave, breaking through the rear side of the target and thus leading to increase the thermal emission. The experimental chronometry of the shock breakthrough allowed validating the model of the collective transport of electrons.Two other experiments were dedicated to the study of fast electron beam propagation inside compressed targets. In the first experiment on the LULI2000 laser facility, the plane compression geometry allowed to precisely dissociate the energy losses due to resistive effects from those due to the collisional ones. By comparing our experimental results with simulations, we observed a significative increase of the fast electron beam energy losses with the compression and the target heating to temperatures close to the Fermi temperature. The second experiment, performed in a cylindrical geometry, demonstrated a fast electron beam guiding phenomenon due to self-generated magnetic fields in presence of sharp radial resistivity gradients. Furthermore, in the temperature and density conditions achieved here, the increase of collisional energy losses with density is compensated by the decreasing resistive energy losses due to the transition of the conductivity into the high-temperatures Spitzer regime.