Magnéto-convection dans une sphère en rotation rapide : approches numérique et expérimentale de la convection dans les noyaux planétaires

par Nicolas Gillet

Thèse de doctorat en Géophysique

Sous la direction de Dominique Jault et de Daniel Brito.

Soutenue en 2004

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    Nous avons tout d'abord étudié la convection développée en rotation rapide sans champ magnétique. En nous appuyant sur un code numérique Quasi-Gestrophique, nous avons dérivé des lois d'échelles mettant en valeur l'importance des non-linéarités thermique, quel que soit le nombre de Prandtl. L'écart au seuil d'instabilité et le mode de Rossby critique semblent définir la taille et l'intensité des tourbillons convectifs. Ces resultats numériques sont en bon accord avec nos observations expérimentales, en gallium et en eau, des fluctuations de température et des profils de vitesses. Cependant d'étranges comportements (d'intenses jets zonaux) sont observés en eau à grand forçage. L'étude de la magnéto-convection développée a été menée après transformation de l'experience et du code numérique. En accord avec de précédents résultats asymptotiques, l'étude numérique distingue les modes de Rossby modifiés (champ faible) des modes magnétiques (champ fort). L'étude expérimentale, appuyée par les résultats numériques, montre une stabilisation de la convection développée et une modification de la géométrie des cellules en champ faible. Cette inhibition semble en grande partie la conséquence de l'évolution du seuil d'instabilité avec le champ imposé. L'étude numérique de la destabilisation de la convection en présence d'un champ fort amene à une conclusion similaire. Les lois d'echelles dérivées précédemment sans champ magnétique semblent alors rester valable en présence d'un champ imposé.


  • Pas de résumé disponible.

  • Titre traduit

    Magneto-convection in a rapidly rotating sphere : numerical and experimental approaches of the convection in the planetary cores


  • Résumé

    We first study the rapidly rotating developed convection in the non-magnetic case. With the help of a Quasi-Geostrophic numerical code, we have derived a scaling that enhances the role of the thermal non-linearities, whatever the value of the Prandtl number is. The distance from convection onset and the critical Rossby mode seem to define the vortices' intensity and size. These numerical results are in agreement with our experimental measurements, in water and liquid gallium, of the temperature fluctuations and the velocity profiles. Nevertheless some strange behaviours (e. G. , intense zonal jets) are detected far from criticallity in water. Our magneto-convection study has been achieved after a modification of our experimental and numerical tools. In agreement with previous asymptotics results, our numerical study separates the modified Rossby modes (weak field case) from the magnetic modes (strong field case). The experimental study, with the help of computations, shows a stabilisation of the developed convection and a modification of the vortices' shape. This inhibition seems mainly to be the consequence of the threshold modification with the imposed field. The numerical study of the convection destabilisation by a strong field leads to similar conclusions. The scalings previously derived in the non-magnetic case thus remains valid with a imposed magnetic field.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (206 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 201-206

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  • Cote : TS04/GRE1/0139
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  • Cote : TS04/GRE1/0139/D
  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Sciences de la Terre Recherche - cartothèque - CADIST.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T GRE 2004 GIL
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  • Cote : TFE GILLET N.
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