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Les marées à l’origine des champs magnétiques de certaines planètes
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Les marées à l’origine des champs magnétiques de certaines planètes

L’agitation dans le noyau de fer liquide de la Terre est vitale, car elle est à l’origine du champ magnétique externe, qui nous protège des rayonnements cosmiques. Le champ magnétique est engendré par effet dynamo à partir de  l’écoulement du fluide conducteur qui forme le noyau externe. Qu'en est-il des autres planètes ? La convection est un moteur essentiel de ces mouvements, mais elle diminue très vite à mesure que la taille du corps céleste considéré décroît.

Thomas Le Reun, Benjamin Favier et Michael Le Bars, de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE-Université Aix Marseille-Centrale Marseille) ainsi qu’Adrian Barker de l’université de Leeds présentent dans Physical Review Letters un nouveau modèle qui propose que l’agitation des noyaux liquides des planètes est due aux forces de marées.

Un nouveau modèle pour les astres plus petits

Lors de la formation d’une planète, l’accrétion de matière dégage de l’énergie sous forme de chaleur. À ses débuts, la planète est un amas de roches en fusion couverte d'un océan de magma à sa surface. Mais, si la chaleur est en partie entretenue par la radioactivité naturelle des roches, la planète finit par se refroidir, en commençant par ses couches externes. La différence de température entre le centre de la planète et sa surface entraîne des mouvements de convections dans le manteau, mais aussi dans le noyau liquide. La convection dans le noyau amplifie toutes les petites turbulences pour donner naissance à de grands tourbillons qui sont à l’origine de l’effet dynamo.

Cependant, pour les corps célestes les plus petits, le refroidissement est trop rapide pour que la convection s’établisse. Les physiciens ont donc cherché un autre mécanisme susceptible de mettre le noyau liquide en mouvement. Ils ont naturellement porté leur intérêt sur les phénomènes de marées, qui sont le fruit d’interactions gravitationnelles entre différents astres. « Les marées déforment les astres. Ceux-ci ne sont plus sphériques mais elliptiques. Il se forme alors des instabilités dites elliptiques. Nous avons supposé que ces instabilités pouvaient être à l’origine de la turbulence dans le noyau », explique Thomas Le Reun, doctorant et auteur de l’étude.

Simuler une parcelle du noyau liquide

Pour vérifier leur hypothèse, les quatre chercheurs ont simulé un petit volume du noyau liquide. « Simuler tout le noyau aurait été trop gourmand en calculs », précise Thomas Le Reun. Ils ont appliqué à cette parcelle cubique un mouvement de rotation pour simuler la rotation de la planète, et des forces de marées pour obtenir des déformations. Dans ce volume, les chercheurs ont ajouté des petites perturbations et ils ont observé leurs amplifications sous l’effet de la rotation et des forces de marées.

L’amplification des turbulences s'est avérée exponentielle et les profils d’agitation observés très proches de ceux obtenus avec le modèle fondé sur la convection, avec la présence, dans la parcelle simulée, de tourbillons parallèles à l’axe de rotation. Thomas Le Reun et ses collègues se sont ensuite concentrés sur ces tourbillons. « Comme ils sont parallèles à l’axe de rotation, ces tourbillons rencontrent la frontière entre le noyau liquide et le manteau et nous n’avions pas tenu compte des effets de bords », note Thomas Le Reun. Pour modéliser ces effets de bords, les chercheurs ont donc ajouté un terme de friction visqueuse dans leur simulation.

Les résultats ont alors divergé avec ceux obtenus avec les modèles par convection. Dans les précédents modèles, même avec de la friction, les tourbillons étaient toujours présents. A l’inverse, ici, les tourbillons ont complètement disparu laissant place à une superposition d’ondes qui échangent entre elles de l’énergie en permanence. On parle de « turbulence d’ondes ».

Deux mécanismes pour l’effet dynamo

Les deux modèles, avec convection ou forces de marées, ne donnent pas le même type de turbulences, mais tout deux produisent une agitation du noyau, prouvant que même dans les petites planètes, non-sujettes à la convection, il est possible de maintenir un écoulement turbulent. L'équipe de Thomas Le Reun tente maintenant de prouver que cet écoulement peut soutenir un effet dynamo.  

Si tel est le cas, ce résultat permettra notamment d’expliquer une découverte sur le champ magnétique lunaire faite par Sonia Tikoo et son équipe et publiée dans Science Advances. Le champ magnétique de notre satellite aurait en effet existé au moins pendant deux milliards d’années, une durée bien plus longue qu’on ne le pensait. Cette longévité impliquerait donc la participation de deux mécanismes à l'effet dynamo : la convection, au départ, lorsque le cœur de la Lune était encore chaud, puis les forces de marée, qui ont contribué à entretenir le champ.


Source : Pour la Science
Crédit : Thomas Le Reun / IRPHE

Les turbulences d'ondes tridimensionnelles dans la parcelle de noyau liquide simulée par Thomas Le Reun et ses collègues.

Les marées à l’origine des champs magnétiques de certaines planètes Actualités

Les marées à l’origine des champs magnétiques de certaines planètes

L’agitation dans le noyau de fer liquide de la Terre est vitale, car elle est à l’origine du champ magnétique externe, qui nous protège des rayonnements cosmiques. Le champ magnétique est engendré par effet dynamo à partir de  l’écoulement du fluide conducteur qui forme le noyau externe. Qu'en est-il des autres planètes ? La convection est un moteur essentiel de ces mouvements, mais elle diminue très vite à mesure que la taille du corps céleste considéré décroît.

Thomas Le Reun, Benjamin Favier et Michael Le Bars, de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE-Université Aix Marseille-Centrale Marseille) ainsi qu’Adrian Barker de l’université de Leeds présentent dans Physical Review Letters un nouveau modèle qui propose que l’agitation des noyaux liquides des planètes est due aux forces de marées.

Un nouveau modèle pour les astres plus petits

Lors de la formation d’une planète, l’accrétion de matière dégage de l’énergie sous forme de chaleur. À ses débuts, la planète est un amas de roches en fusion couverte d'un océan de magma à sa surface. Mais, si la chaleur est en partie entretenue par la radioactivité naturelle des roches, la planète finit par se refroidir, en commençant par ses couches externes. La différence de température entre le centre de la planète et sa surface entraîne des mouvements de convections dans le manteau, mais aussi dans le noyau liquide. La convection dans le noyau amplifie toutes les petites turbulences pour donner naissance à de grands tourbillons qui sont à l’origine de l’effet dynamo.

Cependant, pour les corps célestes les plus petits, le refroidissement est trop rapide pour que la convection s’établisse. Les physiciens ont donc cherché un autre mécanisme susceptible de mettre le noyau liquide en mouvement. Ils ont naturellement porté leur intérêt sur les phénomènes de marées, qui sont le fruit d’interactions gravitationnelles entre différents astres. « Les marées déforment les astres. Ceux-ci ne sont plus sphériques mais elliptiques. Il se forme alors des instabilités dites elliptiques. Nous avons supposé que ces instabilités pouvaient être à l’origine de la turbulence dans le noyau », explique Thomas Le Reun, doctorant et auteur de l’étude.

Simuler une parcelle du noyau liquide

Pour vérifier leur hypothèse, les quatre chercheurs ont simulé un petit volume du noyau liquide. « Simuler tout le noyau aurait été trop gourmand en calculs », précise Thomas Le Reun. Ils ont appliqué à cette parcelle cubique un mouvement de rotation pour simuler la rotation de la planète, et des forces de marées pour obtenir des déformations. Dans ce volume, les chercheurs ont ajouté des petites perturbations et ils ont observé leurs amplifications sous l’effet de la rotation et des forces de marées.

L’amplification des turbulences s'est avérée exponentielle et les profils d’agitation observés très proches de ceux obtenus avec le modèle fondé sur la convection, avec la présence, dans la parcelle simulée, de tourbillons parallèles à l’axe de rotation. Thomas Le Reun et ses collègues se sont ensuite concentrés sur ces tourbillons. « Comme ils sont parallèles à l’axe de rotation, ces tourbillons rencontrent la frontière entre le noyau liquide et le manteau et nous n’avions pas tenu compte des effets de bords », note Thomas Le Reun. Pour modéliser ces effets de bords, les chercheurs ont donc ajouté un terme de friction visqueuse dans leur simulation.

Les résultats ont alors divergé avec ceux obtenus avec les modèles par convection. Dans les précédents modèles, même avec de la friction, les tourbillons étaient toujours présents. A l’inverse, ici, les tourbillons ont complètement disparu laissant place à une superposition d’ondes qui échangent entre elles de l’énergie en permanence. On parle de « turbulence d’ondes ».

Deux mécanismes pour l’effet dynamo

Les deux modèles, avec convection ou forces de marées, ne donnent pas le même type de turbulences, mais tout deux produisent une agitation du noyau, prouvant que même dans les petites planètes, non-sujettes à la convection, il est possible de maintenir un écoulement turbulent. L'équipe de Thomas Le Reun tente maintenant de prouver que cet écoulement peut soutenir un effet dynamo.  

Si tel est le cas, ce résultat permettra notamment d’expliquer une découverte sur le champ magnétique lunaire faite par Sonia Tikoo et son équipe et publiée dans Science Advances. Le champ magnétique de notre satellite aurait en effet existé au moins pendant deux milliards d’années, une durée bien plus longue qu’on ne le pensait. Cette longévité impliquerait donc la participation de deux mécanismes à l'effet dynamo : la convection, au départ, lorsque le cœur de la Lune était encore chaud, puis les forces de marée, qui ont contribué à entretenir le champ.


Source : Pour la Science
Crédit : Thomas Le Reun / IRPHE

Les turbulences d'ondes tridimensionnelles dans la parcelle de noyau liquide simulée par Thomas Le Reun et ses collègues.

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

07 - Adèche

► Du 1er mai au 15 novembre
Exposition "ENTRE TERRE ET EAU"

Crises sociales et environnementales dans le Delta du Danube en Roumanie, à la fin du Néolithique. A près de 2 000 km de l'Ardèche, comment se passe la fin de la Préhistoire au bord du fleuve et de la Mer Noire ? Une exposition franco-roumaine inédite, interactive et immersive, à découvrir à la Cité de la Préhistoire !

Grand Site de l’Aven d’Orgnac
Place Robert de Joly
07150 Orgnac–L’Aven
04 75 38 65 10
www.orgnac.com

► Du 20 octobre au 4 novembre
Démonstration "LES SECRETS DU FEU"

Un animateur de la Cité de la Préhistoire vous dévoile les différentes techniques d’allumage du feu à la manière préhistorique, bien avant l’invention du briquet : en frottant des cailloux ou du bois, tout simplement !
Durée : 30 min. De 11h45, 14h et 16h45.

Grand Site de l’Aven d’Orgnac
Place Robert de Joly
07150 Orgnac–L’Aven
04 75 38 65 10
www.orgnac.com

► Du 20 octobre au 4 novembre
Visite spéciale Famille "LE COFFRE MYSTÉRIEUX"

Venez explorer la préhistoire autrement en partant à la recherche d’un mystérieux objet préhistorique dans la Cité. Un voyage dans le Temps pour petits et grands, qui devront revêtir les habits et ustensiles de nos
ancêtres pour traverser les âges anciens. Accompagnés par un archéologue et sa machine à remonter le Temps, saurez vous résoudre l’énigme ?
Durée : 1h15. A partir de 5 ans.

Grand Site de l’Aven d’Orgnac
Place Robert de Joly
07150 Orgnac–L’Aven
04 75 38 65 10
www.orgnac.com

14 - Calvados

► Jusqu’au 29 février 2020
Exposition
"LES REQUINS ! 430 MILLIONS D’ANNÉES D’ÉVOLUTION"

Découvrez la grande diversité des requins, allant d’espèces de petites tailles, jusqu’aux poissons géants dont les dents sont plus grandes qu’une main humaine.
Cette exposition évoque également le grand danger auquel ils sont confrontés : l’Homme. Venez découvrir de nouvelles espèces et apprendre en vous amusant grâce à une fresque digitale.

Paléospace
Avenue Jean Moulin
14640 Villers-sur-Mer
02 31 81 77 60
www.paleospace-villers.fr

21 - Côte d'Or

► Jusqu’au 6 janvier 2019
Exposition "GRAINES"

Elles sont partout… Du petit-déjeuner au coucher, dans nos vêtements, dans notre alimentation, dans nos parcs et jardins… sans même y penser elles font partie de notre quotidien et sont un pilier de la biodiversité végétale.
Cette nouvelle exposition, très ludique, propose à tous les visiteurs de découvrir une grande variété de graines d’ici et d’ailleurs et de s’interroger sur leurs enjeux dans un contexte de changement climatique et sociétal.

Le Jardin des sciences
Parc de l’Arquebuse
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.dijon.fr

► Jusqu’au 31 mars 2019

Exposition de plein air
"IMPACTS ! HOMME-NATURE"

Venez découvrir les relations homme-nature au plus près du vivant !
De l’évolution du comportement animal à celui du climat et des milieux naturels, les chercheurs de Bourgogne et de Franche-Comté tentent de comprendre le rôle de l’Homme dans ces changements. Traversez ville, campagne et forêt et voyagez jusqu’aux pôles pour observer ces recherches in vivo !

Le Jardin des sciences
Parc de l’Arquebuse
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.dijon.fr

41 - Loir et Cher

► Jusqu'au 31 décembre
LES JARDINS DE CHAMBORD

Le château a retrouvé en 2017 ses jardins à la française du XVIIIe siècle avec six hectares et demi au pied de la façade nord du château : plus de 600 arbres, 800 arbustes, 200 rosiers, 15 250 plantes...

Office de Tourisme de Blois-Chambord
23 place du château
41000 Blois
02 54 90 41 41
http://www.bloischambord.com

49 - Maine et Loire

► Du 20 octobre au 4 novembre
"CONTES ET RACONTÉES SPÉCIAL 3-9 ANS"

Les raconte-tapis débarquent au Bioparc pour plonger les enfants dans l’univers des contes animaliers ! Réunis autour de ces magnifiques créations tissées mains animées par nos soigneurs, les enfants découvrent le terrain d’aventure des personnages de l’histoire.

Bioparc Doué la Fontaine
103 rue de Cholet
49700 Doué-en-Anjou
02 41 59 18 58
www.bioparc-zoo.fr

61 - Orne

► Du 13 octobre au 23 décembre
Exposition : "LES HAIES", Joël Auxenfans

Ecomusée du Perche
Prieuré de Sainte-Gauburge
61130 Saint-Cyr-la-Rosiere
02 33 73 48 06
www.ecomuseeduperche.fr

76 - Seine Maritime

► Du 15 septembre au 15 décembre
Exposition "L’abbé Pierre photographe, un regard sur le monde"

L'exposition présente soixante-dix photographies inédites prises par l’abbé Pierre lui-même dans de nombreux pays. Elles témoignent de la vitalité des personnes pauvres dans le monde et dévoilent le regard lucide et plein d’amour.

Centre abbé Pierre - Emmaüs
Route d'Emmaüs
76690 Esteville
02 35 23 87 76
www.centre-abbe-pierre-emmaus.org

87 - Haute-Vienne

► Du 1er avril au 4 novembre
Exposition : « L’ÉLOGE DE L’ÉTRANGE ET DE L’INCOMPRIS »

Une revisite du Cabinet des Curiosités par 7 artistes qui explorent des thèmes à la fois scientifiques et naturalistes, mais aussi oniriques et bouleversants, merveilleux et revendiquant.

La Cité des insectes
Chaud 87120 Nedde
05 55 04 02 55
www.lacitedesinsectes.com

► 31 octobre
LA CHASSE D’HALLOWEEN AUX PETITES BÊTES !

La Chasse d’Halloween aux petites bêtes ! Avec dégustation d’insectes ! des cadeaux pour tout le monde mais surtout la famille la mieux déguisée recevra une belle surprise.

La Cité des insectes
Chaud 87120 Nedde
05 55 04 02 55
www.lacitedesinsectes.com

Lieux:
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