MHD et Dynamos Naturelles

Au travers de cette page le GdR Dynamo désire fédérer la recherche et les développements théoriques, numériques et expérimentaux en Magnétohydrodynamique (MHD) et sur l'effet dynamo dans les milieux naturels (planètes, étoiles, milieux interstellaires, galaxies, ...) effectués par les différentes équipes de recherche y participant ou désirant y participer.

De nombreux objets naturels portent un champ magnétique propre. Bien souvent, ce champ magnétique est engendré par effet dynamo au sein de l'objet. Le noyau métallique liquide en mouvement est le siège de la dynamo des planètes telluriques contrairement aux étoiles et aux planètes géantes ou la dynamo prend place dans les zones convectives. Bien que ces deux études soient différentes (géométrie, forçages, propriétés physiques), les approches et les résultats doivent être comparés. Ainsi les communautés géophysiques et astrophysiques pourront s'enrichir des avancées de chacune et s'appuyer sur les efforts des autres. Pour autant chaque communauté suit une dynamique propre que nous allons essayer de décrire ci-dessous.

Etude de la Terre et des planètes telluriques

Le champ magnétique terrestre et le champ magnétique naturel le mieux décrit spatialement et temporellement. Cette connaissance prend un nouvel essor avec l'envoi de satellites magnétiques pour mesurer le champ terrestre (Oerted, Champ, ...) mais aussi autour de certaines planètes (Mars, Ganymede, Io, puis bientôt, Venus et Mercure). L'affinement de la géométrie, ainsi que des variations temporelles de ces champs sont des enjeux majeurs de cette étape. Ces nouvelles données apportent des contraintes nouvelles sur les mécanismes dynamos qui agissent dans les noyaux métalliques de ces planètes. De même, les travaux paleomagnétiques permettent de décrire le comportement temporel passe du champ magnétique (paleointensités, polarité, inversions, géométries...). La présence de géophysiciens dans le GdR travaillant sur les données magnétiques terrestres et satellitaires assurent le contact avec la réalité pour l'ensemble des modélisateurs de dynamo. D'ailleurs, la communauté géophysique a produit de nombreux modèles de dynamo, théoriquement et numériquement, qui sont propres au problème terrestre.

Généralement, ces modèles ne prennent pas en compte l'effet de la turbulence et ce GdR va permettre a cette communauté d'intégrer la démarche de la physique de la turbulence dans leur modélisation des milieux naturels. Enfin, la turbulence magnétohydrodynamique des noyaux métalliques en rotation rapide est peu connue. Elle est paticulière au sens ou la force de Coriolis, dominante dans le système, impose un caractère géostrophique aux écoulements. La communauté géophysique est aussi en débat sur l'importance des conditions aux limites pour la geodynamo. C'est une question difficile qui traite a la fois de l'importance des couches limites et de l'effet des couches externes sur l'effet dynamo.

Dynamos solaire, des planètes géantes, stellaires et turbulence MHD

La dynamo solaire est à l'origine de l'activité magnétique de la surface, qui conditionne l'ensemble des relations Soleil-Terre. L'héliosismologie, qui permet d'obtenir des cartes du champ de vitesse moyenne sur une profondeur d'environ 3/10 du rayon solaire, a récemment mis en évidence une zone de cisaillement particulière à la base de la zone convective, la "tachocline ", qui pourrait être la source de la dynamo solaire. Il reste beaucoup à faire pour arriver à une description cohérente du cycle magnétique solaire de 22 ans et des conditions d'advection du flux magnétique à la surface. Ces travaux utilisent des approches variées, observationnelles, numériques et modélisatrices, qui ne peuvent qu'être renforcées par une concertation systématique entre les différents acteurs. Tout progrès enregistré dans la compréhension de la dynamo solaire a des répercussions stimulantes dans le domaine des dynamos stellaires et des planètes géantes. Il s'agit dans ces cas de traiter des écoulements à nombre de Reynolds magnétique élevé, sans moyen d'accéder au champ de vitesse, même si l'activité magnétique à grande échelle peut être modélisée dans certains cas observationnellement favorables. Si des dynamos stellaires stationnaires, périodiques ou chaotiques sont connues, leurs modalités de fonctionnement restent problématiques.

Le milieu interstellaire présente un champ magnétique qui peut jouer un rôle dynamique important, que ce soit pour l'évolution des nuages, la formation des étoiles par effondrement gravitationnel de ceux-ci, la formation et l'évolution des disques d'accrétion et des disques proto-planétaires. Les descriptions des phénomènes physiques dans ces objets en supposant un champ magnétique externe uniforme donné sont souvent pratiquées , mais elles sont insuffisantes. On retrouve dans tous ces cas des écoulements MHD turbulents, où l'effet dynamo joue un rôle central.