Épistémologie du concept d'harmonie dans les recherches scientifiques de Kepler

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L'astronomie nouvelle de Kepler et la logique de la découverte

Cette thèse propose une étude des raisons théoriques et empiriques impliquées dans l’élaboration d’une nouvelle astronomie par Johannes Kepler (1571-1630) tel qu’exposé dans son ouvrage Astronomia nova (1619). Cette thèse se déroule en deux temps : la première partie touche de près aux textes mêmes de Kepler, tandis que la seconde partie utilise la notion d’abduction pour interpréter logiquement ce processus de découverte et de justification. La première partie débute avec une analyse du projet de Kepler et de ses fondements philosophiques, métaphysiques et théologiques tels qu’exposés dans son premier ouvrage, le Mysterium cosmographicum. Ensuite, une étude des propos explicites de Kepler quant à la nature et au statut des hypothèses astronomiques est proposée via une étude de son traité intitulé Apologia pro Tychone contra Ursum. Une étude attentive des sources philosophiques, mathématiques et scientifiques ayant influencé Kepler pour sa nouvelle astronomie est ensuite proposée avant l’analyse détaillée des arguments scientifiques et des différentes étapes démonstratives qui sont présentés dans l’Astronomia nova. La deuxième partie vise à éclairer le débat sur l’abduction en se penchant d’abord sur trois approches traditionnelles (Platon, Aristote et Épicure) quant à la connaissance scientifique des phénomènes célestes permettant d’obtenir un discours vraisemblable ou une multiplicité d’explications concordantes avec les phénomènes. Enfin, quatre interprétations contemporaines et abductives du processus de découverte suivi par Kepler dans l’Astronomia nova sont présentées, reformulées et critiquées afin de proposer une nouvelle interprétation abductive laissant une plus grande place au projet même de construire une astronomie nouvelle fondée sur les causes. Cela nous donne des outils pour mieux saisir le sens et la portée de ce qui peut être désigné comme étant la « révolution képlérienne », soit le passage d’un système géocentrique à un système non pas simplement héliocentrique mais héliodynamique, ayant permis aux astronomes de s’affranchir du paradigme des orbites circulaires.

Exploitation du potentiel sismique des étoiles naines blanches

Le but de cette thèse est d’explorer le potentiel sismique des étoiles naines blanches pulsantes, et en particulier celles à atmosphères riches en hydrogène, les étoiles ZZ Ceti. La technique d’astérosismologie exploite l’information contenue dans les modes normaux de vibration qui peuvent être excités lors de phases particulières de l’évolution d’une étoile. Ces modes modulent le flux émergent de l’étoile pulsante et se manifestent principalement en termes de variations lumineuses multi-périodiques. L’astérosismologie consiste donc à examiner la luminosité d’étoiles pulsantes en fonction du temps, afin d’en extraire les périodes, les amplitudes apparentes, ainsi que les phases relatives des modes de pulsation détectés, en utilisant des méthodes standards de traitement de signal, telles que des techniques de Fourier. L’étape suivante consiste à comparer les périodes de pulsation observées avec des périodes générées par un modèle stellaire en cherchant l’accord optimal avec un modèle physique reconstituant le plus fidèlement possible l’étoile pulsante. Afin d’assurer une recherche optimale dans l’espace des paramètres, il est nécessaire d’avoir de bons modèles physiques, un algorithme d’optimisation de comparaison de périodes efficace, et une puissance de calcul considérable. Les périodes des modes de pulsation de modèles stellaires de naines blanches peuvent être généralement calculées de manière précise et fiable sur la base de la théorie linéaire des pulsations stellaires dans sa version adiabatique. Afin de définir dans son ensemble un modèle statique de naine blanche propre à l’analyse astérosismologique, il est nécessaire de spécifier la gravité de surface, la température effective, ainsi que différents paramètres décrivant la disposition en couche de l’enveloppe. En utilisant parallèlement les informations obtenues de manière indépendante (température effective et gravité de surface) par la méthode spectroscopique, il devient possible de vérifier la validité de la solution obtenue et de restreindre de manière remarquable l’espace des paramètres. L’exercice astérosismologique, s’il est réussi, mène donc à la détermination précise des paramètres de la structure globale de l’étoile pulsante et fournit de l’information unique sur sa structure interne et l’état de sa phase évolutive. On présente dans cette thèse l’analyse complète réussie, de l’extraction des fréquences à la solution sismique, de quatre étoiles naines blanches pulsantes. Il a été possible de déterminer les paramètres structuraux de ces étoiles et de les comparer remarquablement à toutes les contraintes indépendantes disponibles dans la littérature, mais aussi d’inférer sur la dynamique interne et de reconstruire le profil de rotation interne. Dans un premier temps, on analyse le duo d’étoiles ZZ Ceti, GD 165 et Ross 548, afin de comprendre les différences entre leurs propriétés de pulsation, malgré le fait qu’elles soient des étoiles similaires en tout point, spectroscopiquement parlant. L’analyse sismique révèle des structures internes différentes, et dévoile la sensibilité de certains modes de pulsation à la composition interne du noyau de l’étoile. Afin de palier à cette sensibilité, nouvellement découverte, et de rivaliser avec les données de qualité exceptionnelle que nous fournissent les missions spatiales Kepler et Kepler2, on développe une nouvelle paramétrisation des profils chimiques dans le coeur, et on valide la robustesse de notre technique et de nos modèles par de nombreux tests. Avec en main la nouvelle paramétrisation du noyau, on décroche enfin le ”Saint Graal” de l’astérosismologie, en étant capable de reproduire pour la première fois les périodes observées à la précision des observations, dans le cas de l’étude sismique des étoiles KIC 08626021 et de GD 1212.