Mesurer en laboratoire la convection thermique des écoulements géophysiques

L’étude de la convection thermique1 dans un milieu tournant est fondamentale pour comprendre de nombreux écoulements géophysiques, comme le mouvement du noyau liquide de la Terre, responsable du champ magnétique terrestre. Mais l'étude expérimentale de ces écoulements en laboratoire a nécessairement lieu dans une enceinte dont les parois créent de la turbulence dans le fluide en rotation rapide, altérant les mesures de flux thermiques.

Jusqu'ici, les expérimentateurs butaient sur cet obstacle, mais une équipe de l'Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE, CNRS/Aix-Marseille Université/Centrale Méditerranée) a réalisé des simulations numériques qui permettent de proposer une solution pour s'affranchir de ces phénomènes parasites et réaliser des mesures fiables. Ces résultats sont publiés dans Physical Review Letters, et font la couverture de la revue. Les simulations numériques ont montré qu'en ajoutant une mince ailette horizontale tout autour de la cuve d'expérimentation, il était possible de supprimer les modes d'écoulement perturbateurs à proximité des parois. Le modèle prédit le nombre et la taille des ailettes qui permettent de s'affranchir complètement des modes pariétaux.

Ces résultats ouvrent la voie à la réalisation de montages expérimentaux plus représentatifs des phénomènes naturels. L'équipe de l'IRPHE souhaite établir des coopérations avec des expérimentateurs, afin d'affiner leur simulation et de concevoir des dispositifs expérimentaux dédiés.

Références
Suppression of Wall Modes in Rapidly Rotating Rayleigh-Bénard Convection by Narrow Horizontal Fins
Louise Terrien, Benjamin Favier, and Edgar Knobloch.
Phys. Rev. Lett. 130, 174002 – Published 27 April 2023
https://doi.org/10.48550/arXiv.2304.01136
Article consultable sur la base d’archives ouvertes Arxiv

• 1La convection thermique dans un fluide est la transmission de chaleur par déplacement de la matière.