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Natural Sciences and Engineering; Engineering; Fundamental Sciences

Paul Charbonneau

Solar physics and the magnetic activity cycle of the sun

Professeur titulaire

Faculté des arts et des sciences - Département de physique

Complexe des sciences, room B-3013

514 343-2332

paul.charbonneau@umontreal.ca

Secondary email: paulchar@astro.umontreal.ca (Travail)

Media

La Complexité Naturelle

Par Paul Charbonneau, professeur du département de Physique, UdeM

Clubmath

Le mystère du cycle solaire

En collaboration avec : Paul Charbonneau UdeM - Université de Montréal. 3e prix du jury, parrainé par l'Acfas, 2015. L’activité de surface de notre Soleil varie d’intensité selon un cycle de 11 ans, à quelques exceptions près. Or, les mécanismes physiques sous-jacents, qui l’expliquent, sont difficilement observables. Pour tenter de les comprendre, on bâtit des simulations numériques. - © Nicolas Lawson

En collaboration avec : Paul Charbonneau UdeM - Université de Montréal. 3e prix du jury, parrainé par l'Acfas, 2015. L’activité de surface de notre Soleil varie d’intensité selon un cycle de 11 ans, à quelques exceptions près. Or, les mécanismes physiques sous-jacents, qui l’expliquent, sont difficilement observables. Pour tenter de les comprendre, on bâtit des simulations numériques.

© Nicolas Lawson

Paul Charbonneau | Univ de Montreal | Double cycles & instabilities in global MHD simulations

The High Altitude Observatory (HAO) of the National Center for Atmospheric research (NCAR) is located in Boulder, Colorado, at the foot of the Rocky Mountains. HAO conducts research and provides community support and facilities in the following areas: Atmosphere, Ionosphere and Magnetosphere (AIM), Long-term Solar Variability (LSV), and Solar Transients and Space Weather (STSW).

High Altitude Observatory HAO | NCAR

Profile

Research expertise

The solar magnetic cycle is both the driver and energy source of all of solar eruptive phenomena with impacts on Earth, whether it has to do with space weather, damage to technological infrastructures or perhaps even impacts on Earth's long-term climate. The work of my research group aims in part at better understanding the physical mechanisms driving the solar magnetic cycle, including the significant fluctuations observed in the duration and amplitude of individual cycles. The unifying physical principle underlying all the phenomena that we model lies in the complex nonlinear interactions between the solar magnetic field and internal plasma flows in its outer layers.

We recently achieved a world first: a global magnetohydrodynamical convective dynamo simulation producing a large-scale magnetic field showing a very solar-like spatiotemporal evolution, including, in particular, regular polarity reversals taking place on a multi-decadal timescale. We are also developing novel computational approaches to modelling the photospheric impacts of the solar magnetic field, which allows us to couple solar-cycle models to reconstruction schemes for describing variations in spectral irradiance and solar luminosity during the activity cycle, a key step in better quantifying possible influences of solar activity on climate change.

Biography

Paul Charbonneau est une sommité mondiale en physique solaire. Responsable d’une chaire de recherche de l’Université de Montréal, son rayonnement gagne tant les laboratoires que les salles de cours. Pédagogue chevronné, le professeur titulaire se démarque aussi par sa capacité à créer des ponts entre les pans théoriques et conceptuels de la physique.

Awards and recognitions

  • 2015-11 : Prix d'excellence en enseignement, Faculté des arts et des sciences
  • 2007-07 à 2012-06 : Chaire de Recherche du Canada en Physique Solaire
  • 2003-06 à 2003-12 : Parker Distinguished Lecturer, American Astronomical Society, Solar Physics Division
  • 2002-07 à 2007-06 : Chaire de Recherche du Canada en Physique Solaire
  • 1991-05 : Médaille Plaskett, CASCA

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Affiliations and responsabilities

Research affiliations

Research units

Titulaire

Membre

Teaching and supervision

Teaching

Courses taught (current session only)

Programs

Student supervision

Theses and dissertation supervision (Papyrus Institutional Repository)

2021

Oscillations torsionnelles magnétohydrodynamiques auto-excitées dans les Jupiters chaudes

Graduate : Hardy, Raphaël
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2021

De la théorie des jeux à l’exobiologie : l’émergence de la coopération comme phénomène critique

Graduate : Champagne-Ruel, Alexandre
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2020

Prédiction des éruptions solaires par assimilation de données avec les modèles d’avalanches

Graduate : Thibeault, Christian
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2019

Prédiction du cycle solaire en utilisant un modèle dynamo de type Babcock-Leighton

Graduate : Labonville, François
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2019

Long-term solar variability in a hybrid Babcock-Leighton solar dynamo model

Graduate : Ölçek, Deniz
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2018

Analyses de simulations magnétohydrodynamiques du cycle solaire

Graduate : Beaudoin, Patrice
Cycle : Doctoral
Grade : Ph. D.
2017

Le confinement magnétique de la tachocline solaire

Graduate : Barnabé, Roxane
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2015

Les instabilités magnétohydrodynamiques dans EULAG-MHD.

Graduate : Lawson, Nicolas
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2015

Simulations magnétohydrodynamiques en régime idéal

Graduate : Cossette, Jean-François
Cycle : Doctoral
Grade : Ph. D.
2014

Modélisation de l'évolution du réseau magnétique au cours du cycle solaire

Graduate : Thibault, Kim
Cycle : Doctoral
Grade : Ph. D.
2013

Modélisation dynamo des cycles d’activité stellaire

Graduate : Dubé, Caroline
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2012

Dynamo Magnétohydrodynamique en champ moyen

Graduate : Simard, Corinne
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2012

Les oscillations torsionnelles dans la zone de convection solaire

Graduate : Beaudoin, Patrice
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2011

Modélisation de l'irradiance solaire spectrale dans le proche et moyen ultraviolet

Graduate : Bolduc, Cassandra
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2009

A new avalanche model for solar flares

Graduate : Morales, Laura F.
Cycle : Doctoral
Grade : Ph. D.
2009

Un modèle à criticalité auto-régulée de la magnétosphère terrestre

Graduate : Vallières-Nollet, Michel-André
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.

Projects

Research projects

2024 - 2030

Dynamo et activité magnétique: du soleil aux étoiles

Lead researcher : Paul Charbonneau
Funding sources: CRSNG/Conseil de recherches en sciences naturelles et génie du Canada (CRSNG)
Grant programs: PVX20965-(RGP) Programme de subvention à la découverte individuelle ou de groupe
2024 - 2026

Centre de recherche en astrophysique du Québec - CRAQ

Lead researcher : David Lafrenière
Co-researchers : Pierre Bastien , Anthony F. J. Moffat , Pierre Bergeron , René Doyon , Nicole St-Louis , Paul Charbonneau , Julie Hlavacek-Larrondo , Patrick Dufour , Jonathan Gagné , Björn Benneke , Yashar Hezaveh , Laurence Perreault-Levasseur , Kenneth J Ragan , Victoria Kaspi , Andrew Cumming , Matthew Dobbs , tracy Webb , Lorne Archie Nelson , Martin Aube , Laurent Drissen , Gilles Joncas , Carmelle Robert , Hugo Martel , Simon Thibault , Nicolas Cowan , Daryl Haggard , Jason Rowe , Alexandre St-Laurent Lemerle , Adrian C. Liu , Hsin Cynthia Chiang , John Ruan , Jonathan Le Roy Sievers , Eve J Lee
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-(RS) Programme de regroupements stratégiques
2018 - 2025

Physical causes and consequences of the solar magnetic activity cycle

Lead researcher : Paul Charbonneau
Funding sources: CRSNG/Conseil de recherches en sciences naturelles et génie du Canada (CRSNG)
Grant programs: PVX20965-(RGP) Programme de subvention à la découverte individuelle ou de groupe
2017 - 2025

Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ)

Lead researcher : Pierre Bergeron
Co-researchers : Gilles Fontaine , Pierre Bastien , Anthony F. J. Moffat , René Doyon , Nicole St-Louis , Paul Charbonneau , Julie Hlavacek-Larrondo , Patrick Dufour , David Lafrenière , David Scott Hanna , Kenneth J Ragan , Victoria Kaspi , Andrew Cumming , Matthew Dobbs , tracy Webb , Lorne Archie Nelson , Martin Aube , Laurent Drissen , Gilles Joncas , Carmelle Robert , Hugo Martel , Simon Thibault , Alexandre St-Laurent Lemerle
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-(RS) Programme de regroupements stratégiques
2017 - 2024

FEI Sans Restriction ISM2 de Calcul Canada/Calcul Québec

Lead researcher : Paul Charbonneau , Laurent J. Lewis , Luc Stafford
Funding sources: Université de Montréal
Grant programs:
2015 - 2023

Contribution complémentaire 2015-2016 pour le financement de Calcul-Québec

Lead researcher : Paul Charbonneau , Timothée Poisot
Co-researchers : Laurent J. Lewis , Nikolas Provatas , Pierre-Étienne Jacques , Pierre-Étienne Jacques , Marc Parizeau
Funding sources: FRQSC/Fonds de recherche du Québec - Société et culture (FQRSC)
Grant programs: PVXXXXXX-Subvention générale et projets spéciaux (non partageable au prorata)
2015 - 2023

Contribution complémentaire pour le financement de Calcul-Québec

Lead researcher : Paul Charbonneau , Timothée Poisot
Co-researchers : Laurent J. Lewis , Nikolas Provatas , Pierre-Étienne Jacques , Pierre-Étienne Jacques , Marc Parizeau
Funding sources: FRQS/Fonds de recherche du Québec - Santé (FRSQ)
Grant programs: PVXXXXXX-Regroupement stratégique
2015 - 2023

CALCUL QUEBEC

Lead researcher : Paul Charbonneau , Timothée Poisot , Marie-Jean Meurs
Co-researchers : Laurent J. Lewis , Anne Bruneau , Damian Labuda , Georges Michaud , Rémy Sauvé , Michel Côté , Jacques Drouin , Normand Mousseau , François Schiettekatte , Daniel Sinnett , Mohamed Hijri , Jesse Shapiro , Mark E. Samuels , Pierre-Louis Bellec , Armand Soldera , David Sénéchal , Nikolas Provatas , Pierre-Étienne Jacques , Pierre-Étienne Jacques , Nicolas Moitessier , Stefan Sinclair , Georges Dionne , Erica Moodie , Victoria Kaspi , Lorne Archie Nelson , Jackalyn Marie Vogel , Alan C Evans , Brigitte Jaumard , Russell Davidson , Martin Aube , Ali Dolatabadi , Pierre Proulx , François Vidal , Claude Legault , Hong Guo , Alain Rochefort , André-Marie Tremblay , Alexandre Blais , Sivakumaran Nadarajah , François Bertrand , Frédéric Sirois , G. Peslherbe , Marius Paraschivoiu , André Dieter Bandrauk , Noureddine Atalla , Adam Skorek , Hugo Larochelle , Guillaume Bourque , W Robert J Funnell , Sang Yong Jeon , Guy Moore , Jacek A. Majewski , Andrew Piper , Luc Mongeau , Daniel Joseph Kirshbaum , Jun Song , Jean-Yves Trépanier , François Guibault , Éric Laurendeau , Wagdi Habashi , Thomas Fevens , Kalifa Goïta , Stéphane Moreau , Patrizio Antici , Dany Dumont , Jannette Frandsen , Gabriel Crainic , Marc Parizeau , Leandro Coelho , Hugo Martel , Laxmi Sushama , Guy Dumas , Christian Gagné , Pierre Gauthier , Louis Jean Dubé , Louis Pérusse , Alain De Champlain , Daniel Reinharz , Arnaud Droit , Frédéric Maps , Abdelkader Baggag , René Laprise , Simon Guillotte , Marie-Jean Meurs , Rober Platt
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-(RS) Programme de regroupements stratégiques
2020 - 2021

Supplément COVID-19 CRSNG_Physical causes and consequences of the solar magnetic activity cycle

Lead researcher : Paul Charbonneau
Funding sources: CRSNG/Conseil de recherches en sciences naturelles et génie du Canada (CRSNG)
Grant programs: PVXXXXXX-Supplément à l’appui des étudiants, des stagiaires postdoctoraux et du personnel de soutien à la recherche COVID-19
2020

Prédiction du cycle solaire par assimilation de données

Lead researcher : Paul Charbonneau
Funding sources: SPIIE/Secrétariat des programmes interorganismes à l’intention des établissements
Grant programs: PVXXXXXX-Fonds d'excellence en recherche Apogée Canada/Bourse
2018 - 2020

Contribution ponctuelle pour le financement de Calcul Québec

Lead researcher : Timothée Poisot , Marie-Jean Meurs
Co-researchers : Laurent J. Lewis , Paul Charbonneau , Nikolas Provatas , Pierre-Étienne Jacques , Pierre-Étienne Jacques , Marc Parizeau
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-Plateforme Calcul Québec (financement partagé entre les fonds de recherche du Québec)
2013 - 2019

MECANISMES ET MANIFESTATIONS DE L'ACTIVITE SOLAIRE

Lead researcher : Paul Charbonneau
Funding sources: CRSNG/Conseil de recherches en sciences naturelles et génie du Canada (CRSNG)
Grant programs: PVX20965-(RGP) Programme de subvention à la découverte individuelle ou de groupe
2016 - 2018

Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ)

Lead researcher : Pierre Bergeron
Co-researchers : Gilles Fontaine , Pierre Bastien , Anthony F. J. Moffat , Georges Michaud , René Doyon , Daniel Nadeau , Nicole St-Louis , Paul Charbonneau , Julie Hlavacek-Larrondo , Patrick Dufour , David Lafrenière , David Scott Hanna , Kenneth J Ragan , Victoria Kaspi , Andrew Cumming , Robert Rutledge , Gilbert Holder , Matthew Dobbs , tracy Webb , Lorne Archie Nelson , Laurent Drissen , Gilles Joncas , Serge Pineault , Carmelle Robert , Hugo Martel , Simon Thibault
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-(RS) Programme de regroupements stratégiques
2016 - 2018

Demande de stage international - Askari Mahvelati, Ehsan

Lead researcher : Paul Charbonneau
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-Bourse de stage international relié aux regroupements stratégiques
2016 - 2018

Demande de stage international - Bouchard, Nicolas

Lead researcher : Paul Charbonneau
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-Bourse de stage international relié aux regroupements stratégiques
2016 - 2018

Demande de stage international - Simoneau, Alexandre

Lead researcher : Paul Charbonneau
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-Bourse de stage international relié aux regroupements stratégiques
2016 - 2017

Convention de subvention 2016-2018 pour le soutien du MESI aux activités de Calcul Québec

Lead researcher : Paul Charbonneau
Co-researchers : Nikolas Provatas , Pierre-Étienne Jacques , Pierre-Étienne Jacques , Marc Parizeau
Funding sources: Ministère Économie et Innovation
Grant programs: PVXXXXXX-Prog. soutien rech (PSR v1): Soutien à des projets de recherche
2013 - 2017

LABORATORY FOR SCIENTIFIC SIMULATION AND VISUALISATION

Lead researcher : Paul Charbonneau
Funding sources: FCI/Fondation canadienne pour l'innovation
Grant programs:
2008 - 2017

CENTRE DE RECHERCHE EN ASTROPHYSIQUE DU QUEBEC

Lead researcher : Pierre Bergeron
Co-researchers : Gilles Fontaine , Claude Carignan , Pierre Bastien , Anthony F. J. Moffat , Alain Vincent , Georges Michaud , René Racine , Serge Demers , René Doyon , Daniel Nadeau , Nicole St-Louis , Paul Charbonneau , Robert Lamontagne , Patrick Dufour , David Lafrenière , François Wesemael Succ. , Jacques Richer , David Scott Hanna , Kenneth J Ragan , Victoria Kaspi , Andrew Cumming , Robert Rutledge , Gilbert Holder , Matthew Dobbs , tracy Webb , Lorne Archie Nelson , Michel M. Bourqui , Ludvik Martinu , Sébastien Blais-Ouellette , Jean Dupuis , Frederic Grandmont , Simon Thibault , Martin Aube , Laurent Drissen , Gilles Joncas , Serge Pineault , Carmelle Robert , Hugo Martel , Ermanno F. Borra , Martin Riopel , Sylvie Florence Beaulieu
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-(RS) Programme de regroupements stratégiques
2015 - 2016

Activités de démarchage de Calcul Québec pour l'année 2015-2016

Lead researcher : Paul Charbonneau
Co-researchers : Nikolas Provatas , Pierre-Étienne Jacques , Pierre-Étienne Jacques , Marc Parizeau
Funding sources: Ministère Économie et Innovation
Grant programs: PVXXXXXX-Prog. soutien rech (PSR v1): Soutien à des projets de recherche
2012 - 2016

PORTION APPAREILLAGE-LA VARIABILITE DE L'ULTRAVIOLET SOLAIRE ET SON IMPACT SUR L'ATMOSPHERE TERRESTRE

Lead researcher : Paul Charbonneau
Co-researchers : Peter Bartello
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PV113724-(PR) Projets de recherche en équipe (et possibilité d'équipement la première année)
2012 - 2016

LA VARIABILITE DE L'ULTRAVIOLET SOLAIRE ET SON IMPACT SUR L'ATMOSPHERE TERRESTRE

Lead researcher : Paul Charbonneau
Co-researchers : Peter Bartello
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PV113724-(PR) Projets de recherche en équipe (et possibilité d'équipement la première année)
2011 - 2016

REGROUPEMENT STRATEGIQUES - CALCUL QUEBEC

Lead researcher : Normand Mousseau
Co-researchers : Yoshua Bengio , Anne Bruneau , Bernard Gendron (In Memoriam) , Michel Côté , Garry Hanan , Paul Charbonneau , Radu Ion Iftimie , Armand Soldera , David Sénéchal , Nikolas Provatas , Nicolas Moitessier , Gilbert Holder , Brigitte Jaumard , Guillaume Lamoureux , Hong Guo , Alain Rochefort , André-Marie Tremblay , Alexandre Blais , David Walsh , Man K. Peter Yau , Charles Gale , Tal Arbel , Andreas T. Warburton , Sivakumaran Nadarajah , Brigitte Vachon , Mohammed Meguid , Eric Douglas Galbraith , François Bertrand , Frédéric Sirois , G. Peslherbe , Marius Paraschivoiu , André Dieter Bandrauk , Pierre Harvey , Noureddine Atalla , Adam Skorek , Pierre Dumouchel , Frederic Legeron , Gabriel Crainic , Marc Parizeau , Hugo Martel , Peter Vanrolleghem , Guy Dumas , Mario Fafard , Eliot McIntire , John Molson , Christian Gagné , André Fortin , Pierre Gauthier
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-(RS) Programme de regroupements stratégiques
2014 - 2015

Projet de Calcul Québec pour l'année financière 2014-2015

Lead researcher : Paul Charbonneau
Co-researchers : Nikolas Provatas , Pierre-Étienne Jacques , Pierre-Étienne Jacques , Marc Parizeau
Funding sources: Ministère Économie et Innovation
Grant programs: PVXXXXXX-Prog. soutien rech (PSR v1): Soutien à des projets de recherche
2014

AUTOMATIC GENRE DETECTION FOR INTELLIGENT AUDIO TOOLS

Lead researcher : Paul Charbonneau
Funding sources: Innovation, Sciences et Développement économique Canada , FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: , PVXXXXXX-Stage Accélération Quebec FRQ-NT et MITACS
2011 - 2014

CHAIRE DE RECHERCHE DU CANADA EN ASTROPHYSIQUE SOLAIRE

Lead researcher : Paul Charbonneau
Funding sources: Université de Montréal
Grant programs:
2010 - 2014

CALCUL QUEBEC - INFRASTRUCTURE MAJEURE CENTRALE

Lead researcher : Paul Charbonneau
Funding sources: Prima Québec
Grant programs:
2008 - 2012

MECANISMES ET MANIFESTATIONS DE L'ACTIVITE SOLAIRE

Lead researcher : Paul Charbonneau

Outreach

Publications and presentations

Disciplines

  • Physics
  • Astronomy and Astrophysics
  • Physical Engineering
  • Climatology and Meteorology

Areas of expertise

  • Computational techniques, simulation
  • Fundamental aspects of astrophysics
  • Numerical simulation
  • Magnetohydrodynamics and plasmas
  • Solar activity
  • Solar magnetism
  • Solar physics
  • Solar cycles
  • Solar flares
  • Self-organized systems