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    Turbulence dans les noyaux planétaires excités par les marées

    A gauche :simulation d'une parcelle cubique située dans le noyau liquide d'une planète perturbée par les effets de marée. En concentrant leur analyse électronique sur ce domaine réduit, les chercheurs ont accédé à des régimes similaires aux régimes planétaires. L'écoulement prend la forme d'ondes superposées qui interagissent de manière non linéaire jusqu'à former une turbulence d'inertie d'onde tridimensionnelle (voir champ de vorticité vertical au centre), contrairement aux modèles où l'écoulement devient des structures de turbulence à plus grande échelle alignées avec l'axe de rotation (voir champ de vorticité vertical à droite). Crédit :Thomas Le Reun / Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre (IRPHE, CNRS/Aix Marseille Université/Centrale Marseille)

    Véritables boucliers contre les particules à haute énergie, les champs magnétiques des planètes sont produits par le fer se déplaçant dans leur noyau liquide. Pourtant, le modèle dominant pour expliquer ce système ne correspond pas aux plus petits corps célestes. Des chercheurs de l'Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (IRPHE, CNRS/Aix Marseille Université/Centrale Marseille) et l'Université de Leeds ont proposé un nouveau modèle suggérant que la turbulence dans les noyaux liquides est due aux marées produites par les interactions gravitationnelles entre les corps célestes. Le modèle en déduit qu'au lieu d'être dû à de grandes, tourbillons de fer en fusion turbulents loin de la surface, les mouvements dans le noyau sont dus à la superposition de nombreux mouvements de type ondulatoire. Ce travail a été publié dans Lettres d'examen physique le 21 juillet, 2017.

    Les scientifiques s'accordent à dire que les champs magnétiques se forment et restent dus au fer circulant dans le noyau liquide. Les discussions se compliquent lorsqu'elles tentent de déterminer ce qui permet à ces masses colossales de se déplacer. Le modèle dominant est basé sur le refroidissement lent des corps célestes, qui provoque la convection, ce qui à son tour crée de grands tourbillons de fer en fusion parallèles à l'axe de rotation de l'astre. Mais les petites planètes et les lunes se refroidissent trop rapidement pour qu'un champ magnétique y soit maintenu par convection plusieurs milliards d'années après leur formation. Des chercheurs de l'IRPHE (CNRS/Aix Marseille Université/Centrale Marseille) et de l'Université de Leeds ont maintenant présenté un modèle alternatif où ce sont les interactions gravitationnelles entre corps célestes qui perturbent le noyau.

    Les marées, produits par ces interactions gravitationnelles, perturbent en effet périodiquement le noyau et amplifient les mouvements ondulatoires naturellement présents dans la fonte liquide en rotation. Ce phénomène finit par produire un écoulement complètement turbulent, dont la nature n'est pas encore bien comprise. Pour étudier cela, les chercheurs ont utilisé un modèle numérique d'une petite parcelle d'un noyau planétaire, plutôt que de simuler le noyau dans son ensemble, ce qui demanderait trop de puissance de calcul. Cette approche permet une caractérisation fine des mouvements créés dans des régimes géophysiques extrêmes, tout en conservant les caractéristiques physiques essentielles. Les chercheurs ont montré que la turbulence est le résultat de la superposition d'un très grand nombre de mouvements de vagues qui échangent en permanence de l'énergie. Cet état particulier, appelé turbulence des vagues, peut être considérée comme analogue en trois dimensions au mouvement de la surface de l'océan, loin des rivages.

    Ces travaux ouvrent la voie à de nouveaux modèles permettant de mieux comprendre et prédire les propriétés du champ magnétique des corps célestes. Ce modèle de marée s'appliquerait à tous les corps en orbite suffisamment perturbés par les étoiles voisines, planètes ou lunes.

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