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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

09 - Ariège

► Le 15 février

"FABRIQUE TA FLÈCHE ET TON PROPULSEUR ! "

Au coin du feu, vous vous transformerez en chasseur préhistorique ! Vous fabriquerezune flèche et un propulseur en bois avec les moyens disponibles au néolithique… Le tout se terminera par un bon goûter de chez nous !
Le samedi 15 février 2020 de 14h à 17h30. Sur inscription. 8,50 €/adulte – 7 €/enfant.

Au Pays des Traces
Ferme de Miguet
09190 Saint-Lizier    
05 61 66 47 98
www.paysdestraces.fr

► Le 22 février

BALLADE EN RAQUETTE
"À LA DÉCOUVERTE DES TRACES DANS LA NEIGE..."

Venez découvrir la neige autrement. Vous apprendrez à lire la neige, à fabriquer un abri, à allumer un feu dans la neige ou interpréter des traces sur la neige...(Pique-nique tiré du sac).
Le samedi 22 février de 10h à 17h30. Sur inscription. 30 €/adulte & 25 €/enfant à partir de 12 ans. Location de raquettes : 5 €/personne.

Au Pays des Traces
Ferme de Miguet
09190 Saint-Lizier    
05 61 66 47 98
www.paysdestraces.fr

11 - Aude

► Le 26 janvier

"L'UNIVERS DES POTIERS"

Plongez dans l'univers des potiers lors d'une visite guidée au musée. Tarif : 5 € / 3 €

Amphoralis
Allée des potiers
11590 Sallèles d’Aude
04 68 46 89 48
www.amphoralis.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

22 - Côtes d'Armor

► Du 15 décembre au 15 mars

EXPOSITION
"FRONDAISONS"
La fabrique d’un maquis de l’Argoat

Le pôle de l'Étang-Neuf présente l'oeuvre de Sophie Zénon, "Frondaisons", la fabrique de l'image d'un maquis de l'Argoat, une exposition de photographies et de vidéos.

Pôle de l'Étang-Neuf
22480 Saint-Connan
02 96 47 17 66
www.etangneufbretagne.com

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

30 - Gard

► Jusqu'au 8 mars

EXPOSITION
« FEU », l’expo brûlante de la rentrée au Pont du Gard

FEU conçue par Universcience qui propose d’explorer la thématique de la maîtrise du feu par l’humain. Accessible dès 9 ans, cette exposition rassemble des installations audiovisuelles, des dispositifs multimédia et des expériences interactives ainsi que de nombreux objets visant à enrichir la connaissance des visiteurs et à déconstruire les idées reçues.

Site du Pont du Gard
La Bégude
400 route du Pont du Gard
30210 Vers-Pont-du-Gard
04 66 37 50 99
www.pontdugard.fr

34 - Hérault

► Jusqu'au 23 février

EXPOSITION
"Ensor, Magritte, Alechinsky..."

L'exposition invite à un cheminement sensible sur les sentiers de l'art Belge à travers une sélection de chefsd’oeuvre des collections du Musée d'Ixelles (Bruxelles).

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

39 - Jura

► Du 20 janvier au 2 avril

ATELIERS
"L’ŒIL ET LA MAIN"

Le Musée de la Lunette organise  une visite de l’exposition temporaire « Les lunettes en voient de toutes les couleurs ». Les enfants découvriront l’utilisation de la couleur en lunetterie, ses principes et surtout son design inspirant ! Ils participeront par la suite à un atelier artistique animé par l’une de nos artistes plasticiennes. Cet atelier est à destination des scolaires, de la maternelle au collège.

Musée de la Lunette
Place Jean Jaurès
39400 Morez - Hauts de Bienne
03 84 33 39 30
www.musee-lunette.fr

63 - Puy-de-Dôme

► Janvier et février

"CLASSE NEIGE A PETITS PRIX"

Au Centre des Volcans propose un passeport Évasion Glacée à petits prix pour les derniers créneaux disponibles en janvier et février 2020.Venez découvrir les volcans sous la neige...

Au Centre des Volcans
Rue du Frère Genestier
63230 Pontgibaud
04 73 68 18 18 / 06 21 30 79 36
www.au-centre-des-volcans.fr

► De janvier à mars

SEJOURS SCOLAIRES
"LES 4 ÉLÉMENTS" et "L'AUVERGNE DES NEIGES"

Des tarifs imbattables sur les séjours scolaires pour les mois de janvier, février et mars 2020 ! Séjours à réserver rapidement.

.Au Centre des Volcans
Rue du Frère Genestier
63230 Pontgibaud
04 73 68 18 18 / 06 21 30 79 36
www.au-centre-des-volcans.fr

65 - Hautes-Pyrénées

► Le 15 février

EXPÉDITION SOUTERRAINE
"GRAVER ET PEINDRE DANS UNE GROTTE"

Aller au fond d’une grotte pour peindre ou graver n’est pas une chose anodine ! Évoluer sur un sol accidenté, marcher, ramper ou encore escalader des parois dans l’obscurité et l’humidité montre que nos ancêtres prenaient des risques insensés ! Venez vivre un parcours initiatique dans la préhistoire. Réservation obligatoire. A partir de 8 ans.

Grottes préhistoriques de Gargas/Nestplori@
Route départementale 261
65660 Aventignan
https://grottesdegargas.fr

81 - Tarn

► Jusqu'au 2 février

EXPOSITION
"PRESQUE"

Emmanuelle Pernet nous présente cette année, au travers d’une vingtaine de des-sins et d’une installation, son travail sur le mouvement et la persistance rétinienne.

Muséum d’histoire naturelle Philadelphe-Thomas
2 place Philadelphe Thomas
81600 Gaillac
05 63 57 36 31
www.ville-gaillac.fr

Lieux:
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