Expériences et Mesures

Le GdR-Dynamo a pour objectif de fédérer la recherche et les expériences de magnétohydrodynamique (MHD) et sur l'effet dynamo.

Les écoulements de sodium liquide sont ceux qui permettent d'atteindre les nombres de Reynolds magnétiques les plus élevés. Au cours des dernières années, leur développement s'est appuyé sur l'étude de prototype en eau (pour la caractérisation hydrodynamique) et en gallium (pour étudier les mécanismes d'induction et mettre au point les dispositifs de mesure spécifiques à l'étude des métaux liquides).

Des expériences sur des écoulements de sodium liquide en configuration de von Karman et de Couette sphérique ont été réalisées par les équipes du GdR-Dynamo.
Cela a nécessité la résolution d'un ensemble de problèmes techniques :

• étanchéité des passages d'arbres et de sondes de mesure,
• contrôle de température d'un écoulement engendré par une forte puissance,
• mesures dans un environnement électromagnétique bruité,
• dispositifs de sécurité de l'installation.

Par ailleurs, différents types de mesure ont dû être développés :

• champ magnétique au sein de l'écoulement,
• anémomètre ultrasonore,
• potentiel électrique et sonde de vitesse,
• couple et puissance mécanique.

Sur le plan fondamental, l'effet dynamo a été observé en géométrie de von Karman, c'est à dire avec un écoulement présentant des fluctuations turbulentes d'intensité comparable à l'écoulement moyen. Les renversements du champ magnétique engendré par effet dynamo, ont été mis en évidence et étudiés pour la première fois au laboratoire. Il a été montré que la dynamique du champ magnétique est régie par un petit nombre de modes en interaction bien qu'il soit engendré par un écoulement fortement turbulent possédant un nombre de Reynolds cinétique de plusieurs millions. Ces régimes dynamiques ont été bien compris et modélisés.

Cependant, plusieurs questions restent ouvertes :

• Quel est le rôle des conditions aux limites électromagnétiques sur le seuil de l'effet dynamo?
• Peut-on engendrer une dynamo turbulente sans utiliser de parois de forte perméabilité magnétique?
• Quel est l'effet de la turbulence sur les lois d'échelle qui gouvernent l'énergie magnétique engendrée par effet dynamo?
• Les caractéristiques qualitatives du champ magnétique engendré dépendent-elles de la nature de l'écoulement, notamment dans le cas d'écoulements en rotation rapide ou d'écoulements résultant d'une superposition d'ondes.

Un autre type d'expériences est focalisé sur la MHD en présence d'un champ externe appliqué. Les régimes MHD résultant d'écoulements en rotation rapide soumis à de forts champs magnétiques sont étudiés en liaison avec le problème des dynamos planétaires. Le problème de la turbulence MHD comporte encore des questions ouvertes telles que celle de la transition entre régime hydrodynamique et régime dominé par les ondes d'Alfvèn.