Description du sujet de thèse

Turbulence expérimentale pour les écoulements géophysiques stratifiés tournants.

Les écoulements géophysiques résultent généralement de l'interaction entre diverses forces, telles que la rotation planétaire, les forces de flottabilité, la turbulence et la topographie. C'est le cas dans l'atmosphère terrestre ou les océans (couches minces), mais aussi dans des couches fluides plus profondes (couches épaisses) comme le noyau externe liquide de la Terre. Ces ingrédients génériques pourraient être essentiels pour expliquer certaines observations géodésiques (par exemple, les variations de l'axe de rotation de La Terre), ou la génération du champ magnétique de La Terre primitive ou de la Lune. Cependant, de nombreuses caractéristiques de ces écoulements géophysiques restent mal contraintes à ce jour. Par exemple, les modèles numériques les plus avancés (par ex. les MCG atmosphériques et océaniques, ou pour la géodynamo) ne peuvent pas résoudre les petites et moyennes échelles (c'est-à-dire intermédiaires) de ces écoulements. De plus, la dynamique des écoulements près des frontières et le stress associé sont largement inconnus, alors qu'ils sont essentiels pour coupler les écoulements géophysiques à la topographie.

Comme la modélisation de tels écoulements turbulents reste difficile à l'aide de simulations, des expériences en laboratoire seront utilisées. Pour ce faire, le candidat aura accès à une salle expérimentale équipée de plusieurs dispositifs expérimentaux (voir détails ci-dessous). Nous augmenterons progressivement la complexité des expériences, en commençant par l'étude de :
- La formation de motifs sur une topographie dynamique avec rotation et écoulements oscillants.
- Les effets de la flottabilité sur la dynamique des fluides en rotation (par ex. l'instabilité de Rayleigh-Taylor).
- La contrainte fluide-solide dû à la turbulence (stratifiée) en rotation au-dessus de la topographie.

Une attention particulière sera accordée à relier les observations expérimentales aux prédictions théoriques, notamment dans les régimes linéaires et (si possible) faiblement non linéaires. L'un des objectifs à long terme est la validation des modèles paramétrés qui sont actuellement étudiés par la communauté.

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.

La thèse s'effectuera au sein du laboratoire ISTerre.
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 d'environ 300 personnes 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.

La thèse se déroulera dans l’Équipe : Géodynamo.
L’équipe Géodynamo se concentre sur l’étude du champ magnétique terrestre et de 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.

L'école doctorale de rattachement sera ED STEP.