Transitions entre dynamos, de type terrestre et de type solaire: une approche numérique

Devant le jury composé de: Emmanuel DORMY .............. Directeur de thèse Philippe CARDIN ............. Rapporteur Pascale GARAUD .............. Rapporteur Michel PERAULT .............. Examinateur Daniel BRITO ................ Examinateur Alexandre FOURNIER .......... Examinateur Résumé : Le champ magnétique du Soleil présente des inversions régulières, aux petites et grandes échelles. Le champ magnétique de la Terre, essentiellement dipolaire, s’inverse irrégulièrement. Au cours de cette thèse, nous nous sommes demandés si ces différences de comportement pouvaient être causés par : une différence de géométrie de la zone dynamo (le rapport de formes de la zone dynamo du Soleil est de 0,7 contre 0,35 pour la Terre), une différence de conditions aux bords (le fluide se déplace librement à la supérieure de la zone dynamo du Soleil, il est à glissement nul dans le cas de la Terre), l’état conducteur ou isolant de la graine. Nous avons montré qu’en augmentant le rapport de formes, une transition s’effectuait d’un domaine à dynamos largement dipolaires, sans inversion, vers un domaine à dynamos multipolaires, à inversions régulières et dont les ondes dynamo peuvent dériver longitudinalement, ou être gelées. Cette transition a été observée dans le cas de dynamos à déplacement libre en son bord supérieur, et de dynamos à graine conductrice et à glissement nul en ses deux bords. Dans ce dernier cas, nous avons également observé une transition d’un domaine à dynamos multipolaires à inversions régulières vers un domaine à dynamos dipolaires à inversions irrégulières. Ces résultats montrent que les dynamos à inversions obtenues sont générées par un cisaillement important des lignes de champ magnétique ; ce cisaillement peut être causé par les différentes échelles du fluide, ou par une graine conductrice. Nous proposons également des explications quant aux mécanismes générant les ondes dynamos et les transitions entre modes dynamos observés. Abstract: The solar magnetic field exhibits regularly reversals, both on small scales and on large dipolar scales. The Earth’s magnetic field, essentially dipolar, reverses irregularly. During the PhD work, we ask us if these differences were due to : different geometry of the dynamo zones (aspect ratio of solar dynamo zone is 0,7 while 0,35 for the Earth), different boundary conditions (at the top of the solar dynamo zone, the fluid is free stress, whereas it is no-slip for the Earth), insulating or conducting inner core. We show that increasing the aspect ratio a transition between large scale steady dynamo and multipolar regularly reversing dynamos take place. The reversing dynamos exhibit dynamos waves that can drift in azimuth or not. This transition has been observed when, at the top of the dynamo zone, the fluid is stress free, or when it is no slip and the inner core is conducting. In this last case, we show a transition between multipolar regularly reversing dynamos and dipolar dynamos with irregularly reversals. These results show that reversing dynamos are generated by an important shear of the magnetic field lines, and that this shear can be due to different scales of the fluid or to the conducting inner core. We also propose some interpretations to explain the oscillations of wavy dynamos and the transition between the different dynamo’s regimes.