Les marées gravitationnelles à l'origine des écoulements des vents en zone sur Jupiter
Publié par Michel le 12/05/2010 à 00:00
Source: CNRS / INSU
Illustration: © IRPHE / NASA
Les atmosphères de Jupiter et de Saturne sont caractérisées par la présence de bandes parallèles correspondant à des zones d'écoulements de vents très rapides, plus de 100 m/s. Une équipe internationale conduite par des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) sur les phénomènes hors équilibre, associée au CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), a réalisé une expérience de laboratoire reproduisant ce phénomène. Ce sont les marées gravitationnelles qui seraient à l'origine de ces écoulements.

Les marées gravitationnelles ont fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...) de multiples études en géo- et astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des...), et ce depuis plusieurs siècles. Au-delà du phénomène bien connu de flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines...) et de reflux de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) sur la plupart de nos rivages, les marées agissent également sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) des enveloppes de toutes les planètes, où elles ont des conséquences aussi variées que la synchronisation de la rotation de la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la Terre de la Lune est...) sur sa révolution autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la...), ou encore le volcanisme intense de Io, une des lunes de Jupiter.

Des chercheurs de l'Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (CNRS, Aix-Marseille Université) et de l'Institute of Geophysics de Göttingen en Allemagne ont mis au point (Graphie) une expérience modèle de laboratoire pour étudier les écoulements générés par les marées dans les noyaux et les atmosphères des planètes. Ils ont, pour la première fois, démontré expérimentalement que les marées génèrent des vents zonaux axisymétriques et stationnaires, similaires aux célèbres bandes présentes à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) de Jupiter. Un tel mécanisme pourrait prendre place génériquement dans toutes les planètes et étoiles, en complément des processus convectifs et turbulents déjà connus.


Le dispositif expérimental consiste en une sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une sphère est une surface constituée de tous les points situés à une même distance d'un point appelé centre....) creuse en silicone (Les silicones, ou polysiloxanes, sont des composés inorganiques formés d'une chaine silicium-oxygène (...-Si-O-Si-O-Si-O-...) sur laquelle des groupes se...), remplie d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et de particules microscopiques réfléchissantes permettant la visualisation des écoulements. La sphère est mise en rotation autour de la verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en étant déformée par deux rouleaux symétriques simulant les marées gravitationnelles, et dont la rotation autour de la sphère est contrôlée indépendamment. La photo 1a montre une coupe méridionale de l'écoulement. Chaque bande lumineuse correspond à un cisaillement fort entre deux cylindres fluides co-axiaux en rotation différentielle (La rotation différentielle s'observe lorsque la vitesse angulaire d'un corps en rotation varie selon la latitude du point considéré ou sa distance par rapport à l'axe de rotation. Ceci...). La trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du plasma coronal, à...) de ces mouvements en surface se traduit par des vents zonaux (1b) similaires aux bandes de Jupiter (1c). Des mesures du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de vitesse (On distingue :) dans le plan équatorial ont pu être réalisées en utilisant une méthode de vélocimétrie par images de particules (PIV) embarquée en rotation.
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