Graines minimales de dynamos célestes – DYNSEED

L'immense diversité de champs magnétiques persistants observés dans l'Univers soulève des questions d'ordre fondamental quant à leur origine. S'il est maintenant largement admis que de tels champs magnétiques sont entretenus par une instabilité dynamo dans les enveloppes fluides conductrices d'électricité des corps astrophysiques, la nature même de l'écoulement qui permet à la dynamo d'opérer est essentiellement inconnue dans la plupart des cas. Exhiber un écoulement capable d'amplifier et de maintenir un champ magnétique est une tâche difficile : de nombreux théorèmes "anti-dynamo" interdisent en effet le développement de cette instabilité à partir d'une graine magnétique infinitésimale dans des configurations "trop simples" (au sens où un degré trop important de symétrie interdit à un écoulement d'entretenir un champ magnétique, ou à un champ magnétique d'être entretenu par dynamo). Cependant, les théorèmes anti-dynamo ne s'étendent pas nécessairement à la stabilité d'un écoulement magnétohydrodynamique (MHD) vis-à-vis de graines dynamos d'amplitude finie, que les outils mathématiques issus de l'optimisation variationnelle non-linéaire permettent désormais d'étudier. La méthode Direct-Adjoint-Looping (DAL) repose sur des intégrations successives en temps avant et rétrograde des équations décrivant l'évolution du problème physique ainsi que du problème adjoint. Cette méthode de contrôle optimal permet d'optimiser des problèmes instationnaires gouvernés par une dynamique entièrement non-linéaire, et s'est imposée au cours des dernières années comme un outil puissant pour l'étude de la transition sous-critique vers la turbulence hydrodynamique. Mon projet de recherche vise à développer les outils numériques nécessaires à l'application de la méthode DAL non-linéaire à des écoulements MHD complets et dépendant du temps. Cette approche permettra d'étudier les "graines dynamos minimales", c'est-à-dire de déterminer la structure spatiale et l'amplitude des plus petits héritages magnétiques capables d'exciter une dynamo sous-critique dans des écoulements tournants simples pertinents pour l'étude des systèmes stellaires. La méthode DAL non-linéaire sera enfin utilisée comme diagnostic physique pour une compréhension nouvelle des mécanismes les plus favorables à l'émergence d'une dynamo auto-entretenue dans un écoulement astrophysique.