Description du projet
De nouveaux modèles pour comprendre les flux au cœur des planètes
De nombreuses planètes et leurs lunes présentent un noyau partiellement ou totalement liquide. Ces grandes quantités de liquide souterrain qui se déplacent ont un impact significatif sur le comportement et les caractéristiques de ces planètes et de leurs lunes, y compris sur leurs champs magnétiques et leurs rotations. Le projet THEIA, financé par l’UE, utilise un système de modèle expérimental, une structure géante semblable à la platine d’un électrophone, pour étudier les écoulements turbulents dans diverses conditions. En adaptant les modèles numériques qui en résultent à la taille des planètes, les scientifiques espèrent élucider le rôle des topographies non sphériques dans la modulation des effets de l’écoulement des fluides sur les champs magnétiques et la rotation. Le projet travaille sur une approche théorique innovante et sur des simulations numériques utilisant l’effet dynamo le plus rapide. Le projet s’appuie sur trois observations géophysiques bien documentées au sein du système Terre-Lune: la dissipation d’énergie dans le noyau liquide de la Terre, la dissipation d’énergie dans le noyau liquide lunaire et le champ magnétique de la Lune des premiers temps.
Objectif
Understanding planetary core flows is crucial as they generate planetary magnetic fields and modify planetary rotation. However, their study is an outstanding challenge involving geomagnetism, geodesy and fluid mechanics. Notably, present models fail to explain two puzzling observations. First, geodesy constrains the Earth and Moon core dissipations to values exceeding those of current theoretical models. Second, lunar paleomagnetism gives an early Moon magnetic field too intense for the current planetary dynamo paradigm, based on convection.
My project tackles these issues by going beyond the present planetary core simulations, performed in exact spheres. Planetary core boundaries are actually not spherical, being affected by large-scale and small-scale deformations. This topography, although advocated for a long time to play a role for the core dynamics, has been largely overlooked in core flow models.
I propose to investigate topographic effects in planetary fluid cores by combining theory, numerics and experiments. Using the largest turntable worldwide, I will build an experiment to study the dissipation of turbulent flows in the presence of rotation, density variations and topography. Building upon my recent advances in applied mathematics, I will develop new numerical models keeping only the relevant topographic effects. Using efficient spectral methods, I will reach unprecedented parameters, closer to planetary ones. Developing scaling laws, I will assess how planetary core dissipations and magnetic fields are modified by topographic effects. Beyond the Earth-Moon system, my models will also apply to fluid layers of other bodies, such as the subsurface oceans of the Jupiter icy moons, studied by future spatial missions (JUICE, Europa Clipper). This project is especially timely as the liquid core of Mars is studied by the on-going spatial mission InSight.
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
ERC-STG - Starting GrantInstitution d’accueil
75794 Paris
France