Dynamical regimes in the VKS experiment

L’effet dynamo est une instabilité magnétohydrodynamique, donnant lieu à l’entretien de cou- rants électriques et d’un champ magnétique dans un écoulement de fluide conducteur de l’électricité. Cet effet est considéré comme étant la source du champ magnétique de la Terre et des étoiles. Initialement, l’observation expérimentale de l’effet dynamo dans un fluide n’avait eu lieu que dans le cas d’écoulements comportant des parois internes qui les guident. Le cas d’une dynamo dans un écoulement peu contraint, où la turbulence joue un rôle important et où la dynamique du champ magnétique engendré peut explorer un plus large domaine d’existence représente un pas supplémentaire vers la compréhension des champs magnétiques planétaires et stellaires, qui offrent une grande diversité de régimes dynamiques.

Mon activité de recherche dans ce domaine a été orientée vers la mise au point d’une telle expé- rience de dynamo fluide peu contrainte, ainsi que vers la compréhension détaillée des mécanismes d’induction mis en jeu dans des expériences de ce type. Pour cela, deux dispositifs expérimentaux ont été conçus. L’un, de taille moyenne et utilisant du gallium liquide, est en fonctionnement dans notre laboratoire. Allié à une méthode numérique itérative que nous avons développée, ce dispositif nous a permis d’avancer vers une compréhension fine des mécanismes d’induction ma- gnétohydrodynamique liés à la déformation d’un champ magnétique appliqué par les gradients de vitesse de l’écoulement. Ces mécanismes sont les ingrédients de base qui conduisent à un effet dy- namo. Plus récemment, nous avons étudié l’influence des conditions aux limites sur ces mécanismes.

L’autre dispositif expérimental, de plus grande taille et utilisant du sodium liquide, est le résultat d’une collaboration entre trois laboratoires (Laboratoire de Physique statistique - ENS Paris, équipe de Stephan Fauve / Service de Physique de l’Etat Condensé - CEA Saclay, équipe de François Daviaud / Laboratoire de Physique - ENS Lyon, équipe de Jean-François Pinton), en partenariat avec le CEA Cadarache. Nous avons mis en évidence un effet dynamo avec ce dispositif. Comme on pouvait l’espérer avec une dynamo fluide non contrainte, la dynamique observée est particu- lièrement riche (voir les examples dans la figure ci-dessus) puisqu’en variant les paramètres de contrôle nous avons généré plusieurs types de régimes, allant d’une dynamo stationnaire à une dynamo à inversions chaotiques – du même type que celles qui ont lieu dans le noyau terrestre – en passant par des régimes périodiques ou pulsants.