Une étude, dont les résultats intitulés «Dynamo enhancement and mode selection triggered by high magnetic permeability» ont été publiés dans la revue Physical Review Letters, a permis de mettre en évidence les mécanismes détaillés conduisant à la génération du champ magnétique dans l'expérience VKS (*), en utilisant des simulations numériques de très haute performance.

Rappelons que «la plupart des objets astrophysiques qui nous entourent (planètes, étoiles, galaxies) possèdent un champ magnétique» dont l'origine, encore assez mal connue, est «très probablement créé par le mouvement de métal liquide ou de plasma dans leurs cœurs».

En fait, dès 1919, Joseph Larmor (**) a proposé l'hypothèse «que l’origine du champ magnétique du soleil soit un effet 'dynamo', généré par les mouvements d'un fluide conducteur de l'électricité», hypothèse dont la confirmation expérimentale n'a pu être présentée qu'au tournant du XXIe siècle, «en particulier au sein de l’expérience française VKS, dans des écoulements très turbulents de sodium liquide».

Néanmoins, deux questions restaient posées «pour la compréhension des mécanismes de génération du champ magnétique (l’une liée à la géométrie du champ magnétique créée, et l’autre à la nécessité d’utiliser des disques ferromagnétiques pour observer l’instabilité dynamo)».

Cette étude y répond par des simulations réalisées à partir du développement d'une méthode numérique «permettant de reproduire fidèlement la mise en mouvement turbulent du sodium liquide par la rotation rapide de disques munis de pâles, dans un cylindre». Notons ici que «cette technique de pénalisation est extrêmement prometteuse pour la description fidèle d’écoulements turbulents générés dans des géométries complexes».

A partir de cette approche, «doublée d’une description fine du comportement électrique et magnétique du fluide et des parties solides», ont été reproduites «les conditions spécifiques pour lesquels l’effet dynamo a été observé dans l’expérience» et «les renversements de polarité». Ces simulations conduisent finalement à «proposer un mécanisme complet expliquant la création du champ magnétique par un couplage entre l’écoulement turbulent et les propriétés ferromagnétiques des disques».

Cette étude qui montre «la puissance des techniques de pénalisation pour simuler des écoulements turbulents complexes, avec des couplages multi-physiques» ouvre la voie «à l’optimisation des prochaines générations d’expérience dynamos pour révéler les mécanismes à l’œuvre dans les corps astrophysiques».

Liens externes complémentaires (source Wikipedia)

(*) Dynamo terrestre

(**) Joseph Larmor