Magazine Observatoire de Paris n°1 mar/avr/mai 2005
Magazine Observatoire de Paris n°1 mar/avr/mai 2005
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°1 de mar/avr/mai 2005

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Observatoire de Paris

  • Format : (201 x 297) mm

  • Nombre de pages : 24

  • Taille du fichier PDF : 2,0 Mo

  • Dans ce numéro : X-shooter, un projet APC-Observatoire de Paris.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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12 ATER J. Léorat - Observatoire de Paris Contact : Jacques LÉORAT LUTH + 33 (0)1 45 07 74 21 jacques.leorat@obspm.fr Lexique PRÉCESSION : mouvement de l'axe de rotation d'un corps solide ou d'une particule autour d'un axe fixe, sous l'effet d'une action extérieure. Exemple géophysique : précession des équinoxes, due à l'attraction luni-solaire. Glossary PRECESSION : motion of a body's or a particle's rotation axis around a fixed axis under the effect of some external action. Example (geophysics) : the precession of the equinoxes due to the lunisolar attraction, the combined attraction of the Sun and the Moon. LES CHAMPS MAGNÉTIQUES DÉBOUSSOLENT-ILS L'UNIVERS ? CAN MAGNETIC FIELDS CAUSE THE UNIVERSE TO LOSE ITS BEARINGS ? Les champs magnétiques jouent un rôle important dans les phénomènes physiques à l'œuvre dans l'Univers. Pour progresser dans la compréhension des effets de turbulence qu'ils engendrent, une équipe du groupe « Fluides et Plasmas astrophysiques » du Laboratoire de l'Univers et de ses Théories - LUTH a choisi une approche expérimentale originale. Magnetic fields play an important role in the physical phenomena at work in the Universe. In order to try to understand the turbulence effects they generate, a team from the group « Astrophysical Fluids and Plasmas » of the Universe and its Theories Laboratory (LUTH) has chosen an original approach. La turbulence est créée par l'écoulement d'un fluide. Dans un système strictement hydrodynamique, l'écoulement est dû à différentes forces comme la pression, la gravitation, etc. Mais si l'écoulement se produit dans un milieu conducteur électrique, les courants électriques et les champs magnétiques associés viennent compliquer encore la situation, et la turbulence devient alors magnétohydrodynamique (MHD). Si la MHD est un domaine d'étude relativement classique pour les géophysiciens qui étudient les mouvements du métal en fusion constituant le noyau liquide de la Terre et pour les astrophysiciens qui s'intéressent notamment à l'influence de la rotation globale des objets cosmiques sur les grandes échelles des écoulements internes, elle est devenue aussi, de façon plus inédite, un sujet d'intérêt expérimental. Passer des simulations aux réalisations D'une façon générale, la turbulence est phénomène complexe, puisqu'il rentre dans la classe des phénomènes chaotiques c'est-à-dire, en apparence, complètement aléatoires et désordonnés. On ne peut aborder ces phénomènes chaotiques que d'un point de vue statistique, en utilisant un arsenal de méthodes théoriques (bases de filtres, fractales...), mais il reste difficile de prévoir à partir des équations, les comportements fins de la turbulence. L'étude de ces phénomènes est donc souvent numérique. D'où l'intérêt de réalisations expérimentales qui permettraient d'observer et de mesurer les processus physiques à l'œuvre. En 1999, deux expériences indépendantes (Riga et Karlsruhe) d'étude de l'effet dynamo dans un écoulement de sodium liquide ont été réalisées avec succès. Aujourd'hui, plusieurs équipes dans le monde travaillent sur la conception d'un instrument de deuxième génération qui permettrait d'obtenir expérimentalement un effet dynamo dans la turbulence MHD développée. Il faut pour cela sélectionner une configuration efficace pour entretenir l'écoulement. L'expérience ATER Une étude expérimentale est actuellement menée à l'Observatoire, à l'aide d'un équipement adapté : l'expérience ATER (Agitateur pour la Turbulence En Rotation), utilisant de l'eau comme fluide. La technique adoptée est celle du forçage par précession : un écoulement expérimental est engendré dans de l'eau contenue dans un cylindre en rotation autour de son axe, auquel on impose un mouvement de précession*. Le taux de précession (rapport de la fréquence de précession à la fréquence de rotation) est le principal paramètre de contrôle : lorsque ce taux croît à partir de zéro, on observe d'abord la formation d'un écoulement laminaire tri-dimensionnel stationnaire, qui devient instable au-dessus d'un seuil critique avec l'apparition de turbulence. Complétée par des simulations numériques, l'expérience ATER est une première étape prometteuse vers l'éventuelle conception d'une installation à grande échelle, constituant une soufflerie MHD capable de reproduire en laboratoire des phénomènes de turbulence MHD à l'œuvre dans tout l'Univers. Turbulence is created by the flow of a fluid. In a strictly hydrodynamical system, the flow is a consequence of various forces such as pressure, gravitation, and so on. But if the flow takes place in a conductive medium, the associated electric currents and magnetic fields complicate the situation, and turbulence then becomes magneto-hydrodynamical (MHD). While MHD is a relatively classical domain of interest for geophysicists studying the motion of the melting metals tha makeup the Earth's liquid core (generation of the magnetic field by « dynamo » action) and for astrophysicists interested in the influence of the global rotation of cosmic objects on the large scale internal flows, MHD has also become, for the first time, an experimental subject. From simulation to reality Turbulence is generally a complex subject due to its chaotic character, that is, appearing to be completely random and haphazard. Chaotic phenomena can only be approached from a statistical standpoint, with a battery of theoretical methods (filter bases, fractals, etc.), but turbulence more subtle behavior is difficult to predict using equations. The study of these phenomena is therefore numerical. Hence the interest in experiments that would allow the observation and measuremen of the physical processes at play. In 1999, two independent experiments (Riga and Karlsruhe) to study the dynamo effect in a flow of liquid sodium were successfully carried out. At the present time, several teams around the world work on the design of a second-generation instrument which would experimentally produce a dynamo effect on the generated MHD. To this end, it is necessary to select an efficient configuration for maintaining the flow. The ATER experiment An experimental study is currently being carried out at the Observatoire de Paris with the help of dedicated equipment : the ATER experiment (Rotating turbulence agitator), using water as fluid. The technique employed is known as precession forcing : an experimental flow is generated in the water contained in a cylinder rotating around its axis, to which a precession motion* is applied. The precession rate (the ratio between the precession and rotation frequencies) is the main control parameter : as the rate increases from zeroup, a threedimensional stationary rolling flow is formedwhich becomes unstable beyond a critical threshold as turbulence appears. Complemented with numerical simulations, the ATER experimen is the first promising stage towards the design of a large-scale installation, a MHD wind tunnel capable of reproducing in the laboratory MHD turbulence phenomena at work throughout the Universe.
L'AXE DE LA TERRE A-T-IL TREMBLÉ ? DID THE EARTH'S AXIS TREMBLE ? Le récent tremblement de Terre de magnitude 9,3 qui a eu lieu le 26 décembre 2004 près de Sumatra est le deuxième plus fort dans le monde depuis 1900. Il a dépassé en intensité celui survenu en Alaska en 1964 (magnitude 9,2). A-t-il pu avoir un effet perceptible sur la rotation de la Terre ? Les spécialistes de l'Observatoire de Paris appartenant à l'IERS - International Earth rotation and Reference systems Service - montrent que l'effet n'est pas discernable. The recent 9.3-magnitude earthquake that took place on 26 December 2004 near Sumatra was the second strongest in the world since 1900. Its force exceeded that of the tremors that shook Alaska in 1964 (magnitude 9.2). Could it have affected the Earth's rotation in a perceptible way ? Specialists at the Observatoire de Paris who are members of the IERS - International Earth rotation and Reference systems Service- show that the effect is not detectable. En dehors de l'effet de secousse lié au tremblement de terre, un événement sismique entraîne une redistribution de masse dans la terre, laquelle peut théoriquement affecter le mouvement de l'axe de rotation de la terre par rapport à la croûte, appelé le "mouvement du pôle" ou "polhodie". La vitesse de rotation de la Terre peut en outre être très faiblement perturbée, selon la conservation de moment cinétique. Que prévoient les modèles théoriques ? Les calculs théoriques fondés sur des modèles montrent que les plus grands tremblements de terre peuvent entraîner des variations co-sismiques de l'ordre de quelques microsecondes dans la durée du jour et de quelques millimètres à quelques centimètres (0.1 à 1 milliseconde de degré) dans le mouvement du pôle. Ces amplitudes sont d'un ou deux ordres de magnitude inférieurs à celles associées aux transports de masses atmosphériques et océaniques. Elles sont donc complètement masquées. De récentes études tendraient néanmoins à prouver l'existence d'un phénomène d'amplification dû à la viscosité de l'asthénosphère 1, ce qui pourrait entraîner des effets visibles dans la rotation de la Terre. Qu'a-t-on observé ? Le Centre de la Rotation de la Terre du Service International de la Rotation de la Terre et des Systèmes de Référence - IERS, à l'Observatoire de Paris, a notamment pour mission de faire le suivi en temps quasi-réel des variations du mouvement de la Terre. Il analyse les observations fournies par diverses techniques spatiales comme le GPS 2, l'interférométrie sur radio-sources extra-galactiques (VLBI 3) ainsi que la télémétrie laser sur satellites et sur la Lune. Les calculs réalisés à partir des différents paramètres (magnitude, localisation, moment sismique,..) par divers chercheurs, notamment par Christian Bizouard du département Systèmes de Référence Temps- Espace - SYRTE, montrent que l'effet du tremblement de terre de Sumatra devrait être de l'ordre de quelques centimètres sur la "polhodie" et de quelques microsecondes de temps sur la durée du jour ; des variations trop faibles pour pouvoir être détectées par les technologies d'observation actuelles. Les analyses fines des variations observées dans la "polhodie" (voir figure) n'ont effectivement pas montré à ce jour, d'effet discernable. (1) L'asthénosphère est la partie du globe terrestre située au-dessous de la lithosphère, à environ 150 kilomètres de profondeur. The asthenosphere is the ductile part of the Earth located just below the lithosphere, at about 150 km from the surface. (2) GPS : Global Positioning System (3) VLBI : Very Long Baseline Interferometry SYRTE - Observatoire de Paris 2005 Besides the jolting effect that accompanies an earthquake, a seismic tremor produces a redistribution of mass within the Earth that can theoretically affect the motion of the Earth's rotation axis with respect to the crust, known as « polar motion » or « polhody ». The Earth's rotation speed may also be very slightly altered, as a result of the conservation of angular momentum. What do theoretical models predict ? Calculations based on theoretical models show that the strongest earthquakes may involve co-seismic variations in the length of the day of the order of a few microseconds in the Length of the day and from a few millimeters to a few centimeters (0.1 to 1 millisecond of degree) in the polar motion. These amplitudes are one or two orders of magnitude below those resulting from the motion of atmospheric or oceanic masses and are therefore completely masked. Recent studies would nevertheless appear to hint at the existence of an amplification phenomenon due to the viscosity of the asthenosphere 1 that may have a detectable effect on the Earth's rotation. What was actually observed ? At the Observatoire de Paris, the IERS principal mission is to monitor variations in the Earth's motion in almost-real time. Their specialists analyze data provided by various space techniques such as the Global Positioning System (GPS), and also by Very Long Baseline Interferometry (VLBI) on extra-galactic radio sources and by laser telemetry on satellites and to the Moon. Calculations based on various parameters (magnitude, localization, seismic momentum, and so forth) carried out by several researchers and notably by Christian Bizouard from the laboratory of Time Space Reference Systemes SYRTE, show that the Sumatra earthquake's effect would have been of the order of a few centimeters on the « polhody » and of a few microseconds of time on the length of the day, variations that are too weak to be detected by current observational technology. The detailed analysis of the variations that were observed in the « polhody » (see figure) did not reveal so far any detectable effect. ACTUALITÉS DES LABORATOIRES - 1 Contact : Daniel GAMBIS SYRTE + 33 (0)1 40 51 22 29 daniel.gambis@obspm.fr POLHODIE L'axe de rotation de la terre n'est pas fixe par rapport à la croûte terrestre. Projeté sur un plan tangent au pôle, il décrit "le mouvement du pôle" ou "polhodie" contenu dans un carré de 20 mètres de côté. Les composantes principales en sont un terme de période 432 jours, le terme de Chandler attribué à un mode libre de la terre ainsi qu'un terme de période annuel dû aux transports de masses atmosphériques. Un saut éventuel dû au tremblement de Terre du 26 décembre dernier n'est actuellement pas séparable des signaux atmosphériques. POLHODY The Earth's rotation axis is not fixed with respect to the Earth's crust. Projected onto a plane tangent to the Earth at the pole, it describes « the motion of the pole » or « polhody », inside a 20 x 20-meter square. Its main components are a termwith a period of 432 days, the Chandler termattributed to the Earth's free mode, and a one-year period termdue to the motion of atmospheric masses. Any possible jolt that may have been produced by the 26 December earthquake cannot at present be distinguished from atmospheric signals.



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