Pôles : un magnétisme créé par une dynamo géante

Des écoulements de liquides conducteurs peuvent générer un champ magnétique. C’est le cas pour la Terre, qui contient un noyau liquide métallique. En partenariat avec l’Académie des sciences.

Par François Pétrélis, physicien à l’École normale supérieure.

La transformation et le transport de l’énergie figurent parmi les avancées majeures réalisées au XIXe siècle. La création de courant électrique à partir du mouvement d’un conducteur métallique est l’une des solutions les plus astucieuses. À l’aide de bobinages sophistiqués et de circuits magnétiques, une fluctuation de courant électrique est amplifiée par ce qu’on appelle l’effet dynamo. Il est possible ensuite d’acheminer ce courant loin de l’endroit où il a été produit pour différents usages, comme faire tourner un moteur.

Quel lien existe-t-il entre ces dynamos et le champ magnétique des étoiles ou des planètes comme la Terre? En 1919, le physicien irlandais Joseph Larmor fit l’hypothèse que des écoulements de liquides conducteurs pouvaient générer un champ magnétique et proposa cet effet comme source du champ magnétique solaire. Petit à petit, l’idée s’imposa. Pour le Soleil, mais aussi pour la Terre, qui contient un noyau liquide métallique.

Encore des inconnues

Pourtant, à la fin du XXe siècle, le phénomène n’avait encore jamais été observé expérimentalement: les vitesses des écoulements dans un liquide doivent en effet atteindre des valeurs trop élevées pour les expériences tentées jusqu’alors. Des calculs analytiques et des simulations numériques sur ordinateur permirent de modéliser l’effet imaginé par Larmor, mais avec des hypothèses peu réalistes, incapables de décrire les fluctuations turbulentes intenses à l’œuvre dans ces liquides en mouvement. Ce n’est qu’en 2001 que deux équipes, l’une localisée à Riga (Lettonie), l’autre à Karlsruhe (Allemagne), parvinrent à relever le défi. Mais leurs expériences étaient basées sur des écoulements circulant dans des tuyaux, donc peu représentatifs du Soleil ou de la Terre.

Plusieurs groupes dans le monde, principalement aux États-Unis et en France, suivirent une voie différente en localisant les écoulements dans un unique réservoir où les fluctuations turbulentes peuvent occuper tout le volume. En 2006, une expérience menée conjointement par trois équipes du CEA-Saclay, des écoles normales supérieures de Lyon et de Paris, autour de François Daviaud, Jean-François Pinton et Stephan Fauve, permit d’observer l’effet dynamo pour la première fois dans ce type d’écoulement.

Dans la foulée, et un peu à la surprise générale, l’équipe constatait que le champ magnétique ainsi créé peut s’inverser. Dans certains cas, ces inversions sont périodiques, comme semble l’être l’évolution du champ magnétique du Soleil. Dans d’autres, les renversements paraissent aléatoires et les mesures ressemblent étonnamment à ce qui est connu pour le champ magnétique terrestre.

Avec Stephan Fauve, Emmanuel Dormy et Jean-Pierre Valet, nous avons montré que cette similitude n’est pas une coïncidence. Nous pensons qu’un même processus est à l’œuvre dans ces deux systèmes. L’idée est que la forme principalement dipolaire du champ se transforme en une forme plus structurée (par exemple quadripolaire) au cours du renversement.

Ces résultats ont suscité d’autres travaux. Au cours de sa thèse, Basile Gallet a ainsi prédit l’existence de dynamos dont le champ serait localisé dans un seul hémisphère… Or, certaines observations laissent à penser que le Soleil (pendant le minimum de Maunder sous le règne de Louis XIV) ainsi que certaines planètes ont eu, à un moment de leur existence, des dynamos hémisphériques. Cet effet a depuis été observé expérimentalement.

La compréhension du phénomène observé lors de l’expérimentation de 2006 explique plusieurs aspects des renversements des champs magnétiques stellaires et planétaires, et prédit de nouveaux comportements. Ceux-ci seront peut-être observés soit en continuant à remonter l’histoire de la Terre, soit en regardant loin dans l’espace. Les progrès observationnels récents permettent d’étudier des étoiles éloignées. De nouveaux comportements de leurs champs magnétiques nous apporteraient alors quelques-unes des clés qui nous manquent encore.

Source : LeFigaro.fr  (Merci à Enki Sophia!) / Image : Le journal du CNRS

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Publié le 7 septembre 2012, dans Planète et Nature, Sciences-Technologies, et tagué , , , , , , , . Bookmarquez ce permalien. 1 Commentaire.

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