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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 . . .

01 - Ain

Du 30  août au 13 septembre

CONCERTS
"LES MUSICALES DU PARC DES OISEAUX"

Des artistes engagés en faveur de la protection de l’environnement et des musiciens de légende viendront fêter les 50 ans du Parc des Oiseaux.
Paul Personne - Zazie - Paolo Comte - Daniel Guichard - Vitaa & Slimane - The Dire Straits Expérience - Ibrahim Maalouf - Maxime Le Forestier - Yannick Noah - Louis Bertignac - Gauvin Sers - La Rue Ketanou.

Parc des Oiseaux
01330 Villars Les Dombes
04 74 98 05 54
www.parcdesoiseaux.com


13 - Bouches du Rhône

Du 11 au 19 juin

BALADES EN MER
CONGRÈS MONDIAL DE LA NATURE DE L’UICN

Lors de ce rendez vous, des balades en mer à bord de l'Hélios, la seule vedette à passagers hybride de la compagnie Marseillaise ICARD MARITME, seront organisées par : Le parc National de la Côte Bleue : 10 juin - Le conservatoire du littoral : 11 & 16 juin - Le parc National des Calanques : 15 & 20 juin.

1 quai Marcel Pagnol
13007 Marseille
04 91 330 329
www.iucncongress2020


25 - Doubs

Du 15 février au 3 mai 2020

EXPOSITION
"GEORGES FESSY ET LA PHOTOGRAPHIE"

Exposition en coproduction avec le Familistère de Guise. Georges Fessy et la photographie est une rétrospective présentée à travers plus d’une centaine de photographies qui traduit la diversité d’une vie de photographe : paysages, portraits, natures mortes, objets d’art, vues d’architectures.

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
www.salineroyale.com


34 - Hérault

Du 4 avril au 23 août

EXPOSITION
"ÉRIC BOURRET. TERRES"

Les photographies d’Eric Bourret font un écho troublant aux collections géologiques et archéologiques du Musée de Lodève : elles rappellent à la fois les strates successives laissées par le temps et l’éphémère temporalité de l’homme.

Musée de Lodève
Square George Auric
34700 Lodève
04 67 88 86 10
www.museedelodeve.fr


50 - Manche

Du 8 février au 24 mai

EXPOSITION DE PHOTOGRAPHIES
"LA HAGUE : A L’EPREUVE DU TEMPS"

De vallées encaissées en roches mystérieuses, du littoral déchiqueté aux champs quadrillés de murets, le regard d’Antoine Soubigou s’est posé sur une Hague intemporelle et tourmentée.

Manoir du Tourp
Omonville-la-Rogue
50440 La Hague  
02 33 01 85 89
www.letourp.com


Du 4 avril au 1er novembre

EXPOSITION PHOTOGRAPHIQUE
"VIE SAUVAGE EN COTENTIN"

Une exposition pour les curieux de nature mais aussi pour les amateurs de belles images... L’association "Regards" basée à Cormelles-le-Royal dans le Calvados rassemble des photographes naturalistes, passionnés d’image et de nature.

Manoir du Tourp
Omonville-la-Rogue
50440 La Hague  
02 33 01 85 89
www.letourp.com


59 - Nord

Jusqu’au 26 avril

EXPOSITION
"VIRAL, DU MICROBE AU FOU RIRE, TOUT S’ATTRAPE !"

Quel est le point commun entre une bactérie, une émotion, une rumeur, une vidéo et un bâillement ? La contagion bien sûr ! Plus qu’une exposition, Viral est une expérience pédagogique, amusante et contagieuse !
Pour tout public à partir de 7 ans.

Forum départemental des Sciences
1 place de l’Hôtel de ville
59650 Villeneuve d’Ascq
03 59 73 96 00
www.forumdepartementaldessciences.fr


62 - Pas-de-Calais

Avril

ATELIERS
J DUBOIS HORTICULTEUR

♦Atelier "le compost" : réalisez votre compost simplement. Le 20 avril de 18h à 20h.
♦Atelier "réaliser un abri à insectes" : on lève le voile sur les insectes qui peuplent nos jardins. Le 22 avril de 14h30 à 16h45.
♦Printemps des possibles - Festival nature, environnement et ESS : nature, local, partage, coopératif. Les 25 et 26 avril.

J Dubois Horticulteur
244 rue de l’Université
62400 Béthune
03 21 57 59 01
www.j-dubois.fr


Du 12 au 24 avril

ANIMATION
"VIENS FABRIQUER TA COURONNE DE ROI OU REINE"

Dans le cadre de la visite, les enfants pourront fabriquer leur propre couronne avant de se costumer et de se mettre dans la peau d’un Roi ou d’une Reine de 1520 !

La Tour de l’Horloge
Rue du Château
62340 Guînes
03 21 19 59 00
www.tour-horloge-guines.com


71 - Saône et Loire

► Du 4 avril au 1er novembre

EXPOSITION
"BÊTISE ET BALIVERNES, IDÉES REÇUES SUR LA NATURE"

« les chauves-souris s'accrochent dans les cheveux » ; « les grenouilles sont vertes et les crapauds marron » ; « les moustiques préfèrent les peaux sucrées… », autant d’idées reçues et de fausses informations qui ont souvent la vie dure ! Une scénographie originale et les illustrations humoristiques de Roland Garrigue raviront aussi bien les petits que les grands !

Centre EDEN
26 rue de l’Eglise
71290 Cuisery
03 85 27 08 00
www.centre-eden71.fr


76 - Seine maritime

Les 25 et 26 avril

SALON INTERNATIONAL DE LA LAINE

Accueillant plus de 40 exposants internationaux, ce salon est une première en Normandie. Fils, patrons, kits, échanges, de quoi mettre en valeur le travail artisanal, explorer les savoir-faire.

Château de Miromesnil
76550 Tourville-sur-Arques
02 35 85 02 80
www.chateaumiromesnil.com

Lieux:

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