Instabilité elliptique sous champ magnétique et Dynamo d'ondes inertielles - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Elliptical instability under an imposed magnetic field and Inertial wave dynamo

Instabilité elliptique sous champ magnétique et Dynamo d'ondes inertielles

Résumé

Through rapid rotation and gravitational interaction with a neighbouring moon, a celestial body is elliptically deformed (tides). This elliptical deformation is transmitted to the streamlines of the flow in the liquid parts of the body and the resulting elliptical flow can be unstable. Inertial waves are excited and may grow to significant amplitudes. This mecanism therefore offers an alternative to convection driven flows and the associated magnetic field generation or dynamo. First of all, it is necessary to better understand how the flow behaves nonlinearly. We propose a theoretical model in cylindrical geometry, and study different transition scenarios which separate simple weakly nonlinear dynamics from more complex nonlinear states. We combine this approach with liquid metal experiments under an imposed magnetic field, we show that magnetic field induction can be used to monitor the flow which grows by elliptical instability in both spheroids and cylinders. When the imposed magnetic field is strong enough, the Lorentz force acts on the flow and we show how it changes the elliptical instability. The subject of magnetic field generation (dynamo) by tidally driven flows, is not accessible in current experimental facilities, but the topic is of great interest at geophysical scales. We solve the kinematic dynamo problem for inertial waves confined in cylinders, and find that inertial waves can excite a dynamo. We derive a theoretical model, which reveals the instability mecanism and the asymptotically relevant parameters.
Sous l'effet combiné de la rotation rapide et de l'interaction gravitationnelle avec une lune avoisinante, un corps céleste est elliptiquement déformé (marées). Dans les zones liquides à l'intérieur de la planète, cette déformation rend les lignes de courant elliptiques. Cet écoulement elliptique peut être instable, et des ondes inertielles peuvent croître à des amplitudes importantes. Ce mécanisme offre donc un alternatif à la convection pour exciter des écoulements dans les intérieurs planétaires, et donc aussi pour la génération du champ magnétique par effet dynamo. En première instance, il est important de mieux comprendre comment l'écoulement elliptique évolue après sa déstabilisation initiale. Nous proposons un modèle théorique, et nous étudions les scénarios de transition vers des écoulements de plus en plus complexes dans un système modèle en géométrie cylindrique. Nous mettons en place une expérience qui vise à étudier le même problématique, utilisant un métal liquide comme fluide, et mettant l'ensemble sous champ. Nous montrons qu'il est possible de se servir du champ magnétique induit comme méthode de détection des écoulements excités par l'instabilité. A champ magnétique imposé fort, la force de Lorentz devient non-négligeable et nous montrons comment celle-ci agit sur l'instabilité elliptique. Des études en géométrie cylindrique et sphéroïdales sont présentées. Le problème de la dynamo elliptique est de grande importance à l'échelle géophysique. Par une approche numérique, nous trouvons que les ondes inertielles, peuvent exciter une dynamo. Nous proposons une modélisation théorique pour le mécanisme de la dynamo d'ondes inertielles.
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Dates et versions

tel-00452471 , version 1 (02-02-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00452471 , version 1

Citer

Wietze Herreman. Instabilité elliptique sous champ magnétique et Dynamo d'ondes inertielles. Physique [physics]. Université de Provence - Aix-Marseille I, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00452471⟩
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