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Une nouvelle approche des zones convectives des étoiles

Les expériences numériques précédentes ont mis en évidence la présence de structures cohérentes dont l'une des dimensions était de l'ordre de l'échelle intégrale (la dimension de la boîte), tandis que l'autre était de l'ordre de l'échelle de dissipation. Ces structures étaient étonnament stables, ayant une durée de vie très supérieure à leur temps de retournement. Ces résultats m'ont amené à réfléchir à l'incidence que pouvait avoir de telles structures sur la dynamique globale d'une zone convective. En effet, ces structures sont des vortex qui s'étendent sur toute la hauteur de la zone convective; on peut alors imaginer que la cohérence qu'ils imposent au mouvement du fluide le long de leur axe risque de se retouver dans l'écoulement à grande échelle. Lorsqu'on a présent à l'esprit les récentes conclusions de l'héliosismologie sur la rotation différentielle à l'intérieure du soleil, à savoir que celle-ci semble être identique à celle observée en surface, on ne peut s'empêcher de rapprocher cette apparente rigidité verticale du mouvement de l'existence des structures cohérentes mentionnées plus haut. Un petit détail reste pourtant à régler: l'échelle de dissipation visqueuse dans la zone convective du soleil est de l'ordre du millimètre ! Il est donc difficile de concevoir une structure fluide qui aurait quelques millimètres de diamètre et 200000 kilomètres de longueur ! La transposition de l'expérience numérique au cas des étoiles n'est donc pas si simple.

Compte tenu de cette remarque, les structures que l'on doit considérer ne peuvent donc être des structures laminaires mais seulement des ``structures" turbulentes. L'origine de ces structures est probablement la même que celles observées dans les simulations numériques: ce sont les courants descendants. Puisqu'ils sont de trop grande dimension pour rester laminaires je propose, avec Jean-Paul Zahn, de les traiter à l'aide des relations de l'entraînement turbulent. Les structures auxquelles on s'intéresse ne sont donc rien d'autre que des panaches turbulents tels que ceux réalisés par les rejets de gaz chauds dans l'atmosphère.

Les premiers résultats de cette nouvelle approche montrent que de tels panaches peuvent traverser de part en part une zone convective et que si celle-ci possède du moment angulaire, ils sont capables de le concentrer et d'imposer un écoulement moyen sur une grande échelle. On a donc peut être là une clef pour résoudre le vieux problème de la rotation différentielle du soleil et du cycle magnétique qui l'accompagne [9][12].


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Michel Rieutord
2000-01-17