Simulation numérique de l’expérience de dynamo Fury

4 mois, premier semestre 2024

Contexte du stage
On appelle effet dynamo la génération d’un champ magnétique par le mouvement d’un fluide conducteur de l’électricité. Ce processus est à l’origine du champ magnétique de la plupart des objets astrophysiques, à commencer par la Terre, le Soleil ou encore à des échelles bien supérieures comme celles des galaxies. Reproduire un effet dynamo en laboratoire a longtemps été une gageure, mais récemment un nouveau concept de dynamo a été élaboré théoriquement et réalisé expérimentalement, à échelle réduite (20 cm). L’expérience Fury fonctionne depuis mars 2021. Cette dynamo est dite anisotrope car les matériaux qui la composent lui confèrent l’équivalent d’une conductivité électrique anisotrope. Une telle anisotropie pourrait d’ailleurs être à l’œuvre au sein de la graine terrestre, à la frontière noyau-manteau, dans un plasma soumis à un champ magnétique extérieur, ou au sein des galaxies spirales, chaque bras galactique étant le lieu d’une direction de circulation privilégiée des courants électriques.

Objectifs du stage
L’objectif du stage est de réaliser une modélisation numérique de l’expérience Fury à l’aide du logiciel COMSOL, un logiciel multiphysique particulièrement bien adapté à un problème de couplage entre les équations de l’électromagnétisme et celles de la mécanique. Dans un premier temps nous essaierons de reproduire numériquement les résultats expérimentaux obtenus avec Fury. Dans un deuxième temps nous explorerons l’espace des solutions non linéaires en faisant varier la géométrie de l’expérience.

Points-forts
Problématique récente, existence d’un benchmark analytique et expérimental, logiciel COMSOL convivial, nouvelles solutions/comportements non linéaires à explorer.

Pour postuler
Comprendre les équations de la physique classique (mécanique, électromagnétisme), aimer ses aspects non linéaires (bifurcations, chaos), avoir une bonne expérience en simulation numérique.

Références bibliographiques (https://www.isterre.fr/annuaire/pages-web-du-personnel/franck-plunian/article/publications.html)

• Alboussière T., Plunian F., Moulin M.
  Fury : an experimental dynamo with anisotropic electrical conductivity
  Proceedings Royal Society A, 478, 20220374 (2022)

• Plunian F., Alboussière T.
  Fast and furious dynamo action in the anisotropic dynamo
  Journal of Fluid Mechanics, 941, A66 (2022)

• Plunian F., Alboussière T.
  Axisymmetric dynamo action produced by differential rotation, with anisotropic electrical conductivity and anisotropic magnetic permeability
  Journal of Plasma Physics, 87, 905870110 (2021)

• Plunian F., Alboussière T.
  Axisymmetric dynamo action is possible with anisotropic conductivity
  Physical Review Research, 2, 013321 (2020)

• Alboussière T., Drif K., Plunian F.
  Dynamo action in sliding plates of anisotropic electrical conductivity
  Physical Review E, 101, 033107 (2020)