Laboratoire de Physique de l'École normale supérieure de Lyon
Ph. Odier, J.-F. Pinton, N. Plihon, G. Verhille, R. Volk
Collaborations: M. Bourgoin (LEGI), P. Frick (ICMM Perm, Russie)
Un
écoulement de métal liquide, lorsqu'il a une
géométrie adéquate, peut amplifier un champ
magnétique sous l'action de ses gradients de vitesse. Lorsque le
mouvement est suffisament intense, comme dans le cas de
l'écoulement de fer liquide dans le noyau terrestre, un champ
magnétique peut apparaître spontanément. On parle
alors d'effet dynamo. Pour étudier les mécanismes
élémentaires à l'origine de l'amplification d'un
champ magnétique, nous avons utilisé un écoulement
de gallium liquide créé par deux moteurs qui
entraînent des disques en rotation dans un cylindre fermé
de 20 cm de diamètre. Ce montage, de type Von Karman, permet
d'obtenir un écoulement très tubulent possédant
à la fois une structure moyenne, mais aussi des fluctuations sur
une large gamme d'échelles spatio-temporelles. Nous nous sommes
intéressés à la fois à la description de
l'amplification d'un champ magnétique imposé par la
structure moyenne du champ de vitesse, mais aussi à l'effet des
fluctuations de l'écoulement. En particulier, nous avons
à la fois recherché la possibilité pour les
fluctuations turbulentes de donner un effet coopératif (l'effet
alpha largement utilisé en astrophysique), et mis en
évidence l'impact néfaste des fluctuations aux grandes
échelles sur l'amplification du champ magnétique.
Ph. Odier, J.-F. Pinton, N. Plihon, G. Verhille, R. Volk
Collaboration VKS: CNRS - ENS Lyon - C.E.A Saclay - ENS Paris
La collaboration VKS étudie expérimentalement l'effet
dynamo dans des conditions proches de celles qui prévalent au
coeur des planètes, c'est à dire dans un
écoulement de métal liquide fortement turbulent. Dans ce
but l'équipe a construit, sur le sîte du CEA Cadarache, un
dispositif expérimental de grande envergure qui utilise environ
1 mètre cube de sodium liquide, quatre moteurs de 75 kW chacun
entraînant des disques pour créer le mouvement. Ce
dispositif, qui a été optimisé pour assurer une
amplification maximale du champ magnétique, a permis d'observer
la génération d'un champ magnétique
statistiquement stationnaire qui est entretenu par l'écoulement
turbulent lorsque la vitesse de rotation des disques est suffisante.
Nous avons par ailleurs observé une grande richesse de
comportements dynamiques du champ magnétique qui peut se
renverser lorsque les deux disques tournent à des vitesses
différentes. Ces inversions surviennent de mannière
aléatoire et sont qualitativement comparables à celles
observées sur Terre.