Dynamique des structures cohérentes en turbulence magnetohydrodynamique
Johann Herault (LPS)

 Résumé :

Nous avons étudié expérimentalement la dynamique temporelle ainsi que les différentes transitions associées à l’apparition des structures cohérentes à grandes échelles en turbulence bidimensionnelle (2D). Pour un taux de dissipation constante, l’augmentation progressive d’énergie injectée dans le système favorise la formation d’écoulements à l’échelle du système, dont la structure spatiale ainsi que la dynamique se distinguent de l’écoulement turbulent à plus petites échelles.

Nous avons ainsi quantifié grâce aux distributions des amplitudes de l’écoulement à grande échelle une transition en présence d’un fond turbulent. De plus, nous avons montré la présence d’une signature spectrale singulière qu’on nomme communément “bruit en 1/f”. Nous proposons un cadre théorique permettant d’expliquer l’origine de ce “bruit en 1/f” dans les écoulements présentants des structures cohérentes.

À mesure que le forçage augmente, nous avons observé l’émergence d’une configuration spatiale de vorticité, caractéristique d’une interaction entre l’écoulement à grande échelle avec les échelles d’injection d’énergie. Cet état est souvent nommé, par analogie à la condensation de Bose-Einstein, le régime condensé. Du fait de la symétrie du forçage, l’écoulement à grande échelle peut tourner dans les deux sens. Nous avons alors observé des renversements erratiques du sens de l’écoulement à grande échelle, dont les propriétés sont comparées aux modèles de renversements récemment proposés pour expliquer les inversions du champ magnétique terrestre.

 Abstract :

We experimentally investigated the temporal dynamics and the different transitions associated to the generation of large scale coherent structures in two-dimensional turbulence (2D). For a given dissipation rate, the progressive increase of energy injected into the system gives rise to the formation of a large scale circulation, with spatial structures and temporal dynamics, which differ from the small-scale turbulent background.

We have quantified a transition over a turbulent background by studying the probability distributions of the amplitudes of the large-scale flow. Moreover, the large scale flow exhibits a spectral signature commonly called " 1/f noise". We propose a theoretical framework to explain the origin of this " 1/f noise".

As the forcing increases, we observed the emergence of a spatial configuration of vorticity, described by the interaction between the forcing scale and the large scale flow. This state is often called , by analogy to the Bose-Einstein condensate, condensed regime. Due to the symmetry of the forcing, the large-scale flow may rotate in both directions. We observed stochastic reversals of the direction of the large-scale flow. The properties of the reversals are compared with the models proposed to explain reversals of Earth’s magnetic field .

lieu : 46 rue d’Ulm