Expérience VKS2 : dynamo turbulente et renversements erratiques du champ magnétique

François DAVIAUD

SPEC/CEA Saclay, pour la collaboration VKS (CEA-CNRS-ENS Lyon-ENS Paris)


Quelle est l’origine du champ magnétique des objets astrophysiques qui nous entourent : planètes, étoiles, galaxies…? Dans le cas du soleil, Larmor propose en 1919 que ce champ soit engendré par effet dynamo, c'est-à-dire par la création spontanée d’un champ magnétique dans un fluide conducteur en mouvement. Cet effet est l’analogue des dynamos industrielles (Siemens 1867) et les équations qui régissent ce phénomène sont connues : équations de Maxwell et loi d’Ohm, équation de Navier-Stokes. Les premières dynamos induites par des écoulements en géométrie contrainte ont été observées en 2000. Plusieurs équipes tentaient depuis d’obtenir une dynamo à partir d’un écoulement turbulent moins contraints, plus proches des systèmes naturels et susceptibles d’engendrer des régimes dynamos plus riches.

Après avoir rappelé brièvement le principe de l’expérience initialement proposée à cet effet, je décrirai les résultats récents obtenus par la collaboration VKS (CEA, CNRS, ENS-Lyon, ENS-Paris). Ces expériences ont été réalisées sur des écoulements de sodium liquide au CEA-Cadarache à DEN/DTN. L’effet dynamo y a été observé dans un écoulement tourbillonnaire turbulent de von Karman. Le nombre de Reynolds cinétique étant supérieur à 106, le champ magnétique engendré présente de fortes fluctuations en plus d’une partie cohérente. L’amplitude de l’énergie magnétique locale en fonction du nombre de Reynolds magnétique est en bon accord avec une loi d’échelle proposée précédemment. Les propriétés statistiques des fluctuations permettent d’analyser leur effet sur la bifurcation. Je montrerai également que différents régimes dynamiques peuvent être observés en fonction des paramètres expérimentaux, en particulier des renversements erratiques du champ magnétique, similaires à ceux qui sont observés pour la dynamo terrestre.

  1. R. Monchaux, M. Berhanu, M. Bourgoin, M. Moulin, P. Odier, J.-F. Pinton, R. Volk, S. Fauve, N. Mordant, F. Pétrélis, A. Chiffaudel, F. Daviaud, B. Dubrulle, C. Gasquet, L. Marié and F. Ravelet , « Generation of magnetic field by dynamo action in a turbulent flow of liquid sodium », Phys. Rev. Lett. 98, 044502 (2007)
  2. M. Berhanu, R. Monchaux, S. Fauve, N. Mordant, F. Pétrélis, A. Chiffaudel, F. Daviaud, B. Dubrulle, L. Marié, F. Ravelet, M. Bourgoin, P. Odier, J.-F. Pinton and R. Volk, « Magnetic field reversals in an experimental turbulent dynamo », soumis à Europhys. Lett. (2006)

                                                                                                                                                                                                                                               

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