Le cycle d'activité magnétique du Soleil est à la fois le moteur et la source d'énergie de tous les phénomènes éruptifs ayant des impacts sur la Terre, que ce soit au niveau de la météo spatiale, des dommages aux infrastructures technologiques, ou de l'influence possible sur les variations à long terme du climat. Les travaux de recherche de Paul Charbonneau et de son groupe visent, entre autres, à améliorer notre compréhension des mécanismes physiques à l'origine de ce cycle magnétique, et des importantes fluctuations observées dans son amplitude et sa durée. Le principe physique unificateur sous-jacent à tous les phénomènes qui sont modélisés est l'interaction non linéaire entre le champ magnétique du Soleil et les écoulements fluides présents dans ses couches extérieures.

Paul Charbonneau et son équipe ont récemment réussi une grande première mondiale, soit la mise au point d'une simulation numérique magnétohydrodynamique de la convection solaire produisant un champ magnétique aux grandes échelles spatiales, et dont l'évolution spatiotemporelle ressemble en bien des points au cycle solaire. Ceci inclut, en particulier, des inversions régulières de la polarité magnétique sur une échelle multi-décennale. Des approches novatrices à l'étude des effets structurants du champ magnétique solaire permettent maintenant d'envisager le couplage des modèles du cycle d'activité à ceux décrivant les variations de l'irradiance spectrale et de la luminosité solaire au cours du cycle d'activité, étape essentielle dans le but de mieux comprendre le rôle possible de l'activité solaire dans le changement climatique.

Mon programme de recherche s'inscrit dans la thématique générale de la physique numérique des matériaux. Ainsi, nous utilisons de puissants calculateurs pour sonder le comportement et les propriétés des matériaux, notamment structurales, et la relation « structure-fonction ». L'approche que nous privilégions est la dynamique moléculaire, qui consiste à intégrer les équations du mouvement d'un système d'atomes sous l'effet de forces issues de « potentiels »; ceux-ci peuvent être génériques (Lennard-Jones, par exemple), empiriques ou semi-empiriques, ou même ab initio. La taille des systèmes varie selon le potentiel utilisé, de quelques dizaines ou centaines à plusieurs millions d'atomes.

La gamme de problèmes que nous étudions est vaste, mais nous avons un intérêt particulier pour les suivants (liste non exhaustive) : (i) Ablation laser et interactions laser-matière; il s'agit ici de comprendre comment la matière réagit à de puissantes et brèves impulsions laser - mécanismes d'éjection, modifications structurales de la cible, propriétés de la plume d'ablation. etc. (ii) Matériaux désordonnés, amorphes ou vitreux; dans ce domaine, nous cherchons à comprendre la structure à courte, moyenne et longue portée de matériaux tels que le silicium amorphe, les verres métalliques, etc. (iii) Comportement thermique des matériaux nanoscopiques; on cherche ici à savoir comment la chaleur se dissipe au voisinage de structures de tailles nanométrique et comment celle-ci se déplace dans des jonctions moléculaires entre nanoparticules, notamment.