Modélisation quasi-géostrophique des variations rapides du champ magnétique terrestre – VS-QG

1- contexte scientifique et objectifs du projet La masse des données géomagnétiques concerne les variations rapides (1 à quelques 102 ans) du champ terrestre. Depuis quelques mois des modèles précis de la variation du champ enregistrés à partir des satellites Oersted (depuis 1999) et Champ (depuis 2000) sont même disponibles avec une résolution inférieure à l'année. Pourtant la quasi-totalité des modèles dynamiques de génération du champ magnétique dans le noyau s'appliquent aux longues périodes, mal documentées, où le mécanisme dynamo doit entretenir le champ face à la dissipation ohmique des courants électriques. En effet, les mouvements dans le noyau responsables des variations rapides (habituellement regroupées sous le terme de variation séculaire ou VS) participent au mécanisme dynamo et il n'y a pas lieu a priori de les distinguer des mouvements à la source des variations plus lentes. Notre projet part de l'hypothèse (développée dans la partie description) que les mouvements dans le noyau sont d'autant plus influencés par les forces de rotation qu'ils sont de haute fréquence. Ceci justifie une modélisation dynamique spécifique à la VS, qui a pour l'instant été limitée aux mouvements complètements géostrophiques (mouvements sous forme de rotation différentielle entre cylindres rigides centrés sur l'axe de rotation). 2- description du projet, méthodologie Nous chercherons à mettre en évidence numériquement et expérimentalement la bidimensionalisation des écoulements à haute fréquence. Nous pourrons pour cela utiliser un code numérique 3D (programme PARODY développé par J. Aubert et E. Dormy à l'IPGP). Les résultats 3D pourront être confrontés à une modélisation quasi-géostrophique (QG) déjà largement utilisée dans l'équipe de Grenoble pour rendre compte de mesures expérimentales. Nous chercherons, parallèlement, à mettre en évidence la bidimensionalisation grâce à des modifications légères de l'expérience DTS (rotation différentielle entre deux sphères d'une couronne de sodium liquide pénétrée par un fort champ magnétique) initialement conçue pour l'étude sur des temps longs (caractéristiques des processus dynamo) de la compétition entre forces magnétiques et de rotation. Les mouvements rapides seront obtenus en faisant osciller la graine interne (afin de générer des ondes de torsion d'Alfvèn) ou en créant une impulsion magnétique à l'extérieur (afin de générer des ondes de Rossby modifiées par le champ magnétique). Nous chercherons aussi à transposer au cas d'une turbulence QG à base d'ondes d'Alfvèn les méthodes développées pour la turbulence QG ordinaire qui ont permis entre autre d'expliquer une anisotropisation des mouvements à l'origine de jets zonaux dans les océans et les planètes gazeuses. Suivant un schéma classique, nous envisageons en effet que la rotation rende les mouvements quasi bidimensionnels mais que l'évolution temporelle de ces mouvements implique les forces d'inertie autres que Coriolis, les forces magnétiques, et la force de Coriolis quand même à cause de la géométrie sphérique de la frontière. Enfin, nous supposerons la quasi-géostrophie réalisée pour développer un programme d'assimilation de données géophysiques. Pour cela, nous souhaitons l'obtention d'une bourse de thèse et nous aurons la chance de pouvoir travailler avec A. Pais de Coimbra (séjour de 3 mois à Grenoble à l'automne 2006 sur invitation du CNRS) et M. Mandea de Potsdam. 3- résultats attendus En imposant aux mouvements rapides d'obéir à une équation dynamique, nous voulons nous affranchir de l'hypothèse injustifiée et pourtant habituelle selon laquelle les mouvements responsables de la VS sont de grande échelle spatiale. Cette hypothèse paraît de plus en plus étrange au fur et à mesure que nous distinguons des structures de petite échelle dans le champ terrestre. Avant de débuter ce projet, nous ne savons pas si une nouvelle méthode d'assimilation de donnée appliquée au noyau couplée à l'amélioration spectaculaire de la résolution