Missions

Motivation :
les modèles intérieurs récents des planètes géantes font face à plusieurs problèmes, ce qui nécessite l'existence de zones avec des écoulements entraînés par une semi-convection (la semi-convection étant un régime particulier des écoulements de double diffusion). Notamment motivés par les observations du champ de gravité de Jupiter par Juno, Debras et al. (2021) proposent par exemple l'existence de telles zones dans Jupiter. Ces écoulements peuvent soit se situer dans une couche de transition vers un noyau convectif, soit exister dans tout l'intérieur planétaire. L'effet dynamo planétaire devrait alors être réexaminé, notamment pour étudier si un dipôle magnétique de grande amplitude pourrait être généré par de tels écoulements (fournissant une solution pour certains de ces modèles intérieurs). On s'attend également à une semi-convection dans d'autres planètes géantes et intérieurs stellaires.
Objectif :
dans une étude précédente (Monville et al. 2019), nous avons étudié le régime de doigt de sel de la double diffusion pour des applications aux noyaux planétaires, notamment en caractérisant les écoulements associés dans une sphère en rotation. Alors que la capacité dynamo de tels écoulements est actuellement en cours d’étude dans notre groupe, nous visons maintenant à capitaliser sur ce travail pour aborder le régime de semi-convection : le seuil d’instabilité, les écoulements et les dynamos associées seront étudiés. En effet, l'influence combinée de la rotation et de la géométrie sphérique sur les écoulements et les déclenchements, que nous avons prouvée être essentielle pour les écoulements de doigts de sel (Monville et al. 2019, Guervilly, 2022), reste à étudier pour la semi-convection.
Méthode :
le code dynamo spectral XSHELLS, développé en interne par N. Schaeffer, sera utilisé sous l'approximation de Boussinesq pour obtenir les premiers résultats (qui pourront être comparés à nos déclenchements de semi-convection publiés, voir Monville et al. 2019). Mais nous prévoyons également d'utiliser le code dynamo similaire MAGIC, déjà utilisé pour la double diffusion (Tassin et al.), et qui permet de considérer l'approximation anélastique (pertinente pour simuler les couches profondes des intérieurs des planètes gazeuses). En utilisant ces codes, une étude systématique des seuils hydrodynamiques, des écoulements, des seuils dynamos et des champs magnétiques sera réalisée dans des sphères pleines et/ou des coques sphériques.
Les conséquences de nos résultats pour les intérieurs planétaires, comme celui de Jupiter, seront élaborées en collaboration avec Florian Debras (IRAP, Toulouse).

Activités

Simulations numériques (DNS, eigensolver) et théorie sur les écoulements et dynamo de semi-convection.

Compétences

- Mécanique des fluides
- Simulations numériques
- Ecoulements double-diffusifs
- LaTeX
- Python

Contexte de travail

Le Centre national de la recherche scientifique est une institution de recherche parmi les plus importantes au monde. Pour relever les grands défis présents et à venir, ses scientifiques explorent le vivant, la matière, l’Univers et le fonctionnement des sociétés humaines. Internationalement reconnu pour l’excellence de ses travaux scientifiques, le CNRS est une référence aussi bien dans l’univers de la recherche et développement que pour le grand public.
L'ISTerre est une Unité Mixte de Recherche de l'Université Grenoble Alpes, CNRS, USMB, IRD et Université Gustave Eiffel, située 1381 rue de la Piscine 38400 Saint-Martin d'Hères et sur le Campus Scientifique du Bourget du Lac. Elle fait partie de l'Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG) et du Pôle de recherche PAGE de l'Université Grenoble Alpes (UGA). Son effectif est de 300 personnes environ pour un budget annuel moyen de 7 M€. Elle est organisée autour de 9 équipes de recherche et de services, l'objectif scientifique étant l'étude physique et chimique de la planète Terre, tout particulièrement en se concentrant sur les couplages entre les observations des objets naturels, l'expérimentation et la modélisation des processus complexes associés. ISTerre assure également les missions d'observations de la Terre solide, héberge et maintient des parcs nationaux d'instruments géophysiques, ainsi qu'un centre de données.
Le post doc travaillera dans l’équipe Géodynamo qui se concentre sur l’étude du champ magnétique terrestre et la physique du noyau terrestre. Nous utilisons pour cela :
- des expériences analogiques (comme DTS ou ZoRo),
- des techniques d’inversions innovantes pour déterminer l’écoulement dans le noyau à partir des mesures de champ magnétique,
- des simulations numériques directes et des modèles théoriques.

Contraintes et risques

néant