D.A.E.C., Observatoire
de Paris-Meudon
92195 Meudon, France
+33 1 45 07 74 21
A.S.C.I., Batiment 506
Université
Paris Sud
91403 ORSAY, France
+33 1 69 35 84 08
Sujets de stage (2003)
Propositions de sujets de thèse (pour octobre 2002)
Evolution dynamique et la structure des disques
protoplanétaires
Contexte: Dans le scénario standard de formation des systèmes
planétaires, on distingue une première phase au cours de
laquelle les poussières, qui donneront naissance ultérieurement
aux "planétésimaux", voient leur dynamique controlée
par l'écoulement gazeux du disque protoplanétaire. La rapidité
apparente de formation des systèmes planétaires plaide en
faveur de mécanismes efficaces de transfert de moment angulaire,
par l'intermédiaire de turbulence et/ou du champ magnétique.
Les questions principales portent sur les conditions d'apparition de cette
turbulence, dans le temps et dans l'espace, et son rôle sur l'évolution
du disque de poussières
L'étude de cette phase où apparaissent des effets non-linéaires
significatifs demande une approche numérique telle que les fluctuations
générées par un écoulement MHD dans le domaine
borné du calcul ne se réfléchissent pas sur les parois
numériques.
Méthode : Nous utilisons depuis quelques années un programme
numérique décrivant les écoulements axisymmétriques
entre deux sphères concentriques, sur lesquelles on applique une
méthode de caractéristiques pour éviter les réflections.
Ce programme est utilisé pour le vent solaire MHD, et a été
exploité pour l'accrétion (cf stage de DEA de F. Le Petit
(1998)), mais dans un cas purement hydrodynamique.
Contenu : On utilisera le code MHD du vent solaire afin de rendre compte
de l'évolution d'un écoulement initial d'accrétion
(avec moment angulaire donné à la paroi externe) vers un
disque quasi-stationnaire. On s'attend à ce que le champ magnétique
engendré par effet dynamo dans l'écoulement joue un rôle
important dans la configuration du champ de vitesse final. Obtenir des
simulations cohérentes (ni le champ de vitesse ni le champ magnétique
ne sont imposés aux parois) représente une perpective nouvelle
pour ce type d'étude.
Références : Roland.Grappin
et articles cités sur cette page web
Effet DYNAMO
La conversion d'énergie cinétique en énergie magnétique
par " effet dynamo " est à l'origine des champs magnétiques
observés dans presque tous les objets astrophysiques. Cet effet
a été obtenu au laboratoire pour la premiere fois fin 1999,
dans deux expériences indépendantes (à Riga et à
Karlsruhe).
Pour progresser dans l'étude du régime non linéaire
responsable de la saturation de la croissance du champ, des cycles magnétiques
avec inversions de polarité, etc..), l'approche expérimentale
semble prometteuse. Pour cela, il faut obtenir des écoulements de
sodium liquide à grand nombre de Reynolds magnétique (tels
que vitesse*taille > 10 m2/s), sans les parois internes, présentes
dans les deux expériences citées, qui canalisent l'écoulement.
Une expérience de ce type, utilisant des turbines contra-rotatives,
est opérationnelle depuis juin 2000 sur le site du CEA de Cadarache.
On s'intéresse ici à la possibilité de forçage
d'un écoulement par précession autour d'un axe orthogonal
à son axe de symétrie d'un réservoir cylindrique en
rotation. L'optimisation de ce type de configuration demande le concours
de simulations numériques à faible nombre de Reynolds, magnétiques
et cinétiques, et d'expériences en eau à petite échelle.
Des programmes numériques permettent de décrire l'hydrodynamique
(sans force de Laplace) ou l'évolution du champ magnétique
dans un champ de vitesse donné. Par ailleurs, un code d'évolution
non linéaire est en cours d'élaboration (collaboration avec
J.L. Guermond, LIMSI et F. Plunian, LEGI). Enfin, une expérience
de précession est en cours de réalisation à l'Observatoire
de Meudon, avec un réservoir de 30 litres pouvant atteindre 10t/s
en rotation et 1t/s en précession.
Avec ces moyens numériques et expérimentaux, l'objectif
est d'étudier les conditions d'apparition de l'effet dynamo, en
vue de définir les paramètres de fonctionnement (dimensionnement,
taux de précession, etc,..) d'une éventuelle installation
future à grande échelle. Cette étude s'insère
dans un ensemble de travaux intéressant diverses équipes
européennes.
Référence : compte-rendu de l'atelier dynamo de Cargèse,
août 2000