Mesure des mouvements zonaux dans une sphère en rotation

Titre  : Mesure des mouvements zonaux dans une sphère en rotation

Laboratoire de rattachement : ISTerre

Encadrant : Henri-Claude Nataf
Co-encadrant : Philippe Cardin

Téléphone : 04 76 63 51 77

Mots clés : expérimentation ; acoustique ; noyaux planétaires ; mouvements zonaux.

Contexte et objectifs de la mission de stage :
L’atmosphère des planètes géantes montre une circulation en jets zonaux turbulents alternés. Cette organisation spectaculaire des mouvements convectifs peut également être présente au sein des noyaux planétaires. Dans le cadre de l’ANR TuDy (2013-2017) nous préparons la construction de l’expérience ZoRo qui vise à étudier et quantifier les mouvements zonaux engendrés par la convection thermique dans une sphère en rotation rapide. L’objet de ce stage est de tester plusieurs méthodes de mesure de ces mouvements zonaux.
En effet, les techniques classiques de vélocimétrie sont rendues inopérantes par la centrifugation des diffuseurs nécessaires au marquage du fluide. Nous avons récemment développé une nouvelle méthode inspirée de l’héliosismologie, qui repose sur le « splitting » des modes acoustiques globaux causé par la rotation du fluide. Les résultats sont très prometteurs et nous souhaitons explorer les possibilités et limites de cette nouvelle technique dans une sphère remplie d’air en rotation rapide.
On utilisera des microphones placés à l’intérieur d’une sphère en plexiglas tournant autour d’un axe vertical. Ce montage est disponible à ISTerre et l’on bénéficiera également du soutien de l’équipe « acoustique » du Laboratoire. Des comparaisons seront effectuées avec des mesures de cisaillement en paroi. Le stage sera fortement expérimental, mais comprendra également un volet de modélisation numérique des modes acoustiques et de leur « splitting ».

Prérequis :
Mécanique des fluides en rotation. Goût pour l’expérimentation. Ce sujet peut convenir aussi bien à des étudiants de la spécialité ECE que TS.
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