Fury, une dynamo expérimentale innovante

Une équipe française constituée de scientifiques de l’Université de Lyon (UdL) et de l’Institut des Sciences de la Terre (OSUG - UGA, CNRS, USMB, IRD, UGE), a construit un prototype innovant permettant de reproduire l’effet dynamo en laboratoire. Fruit de plusieurs années de recherche, cette nouvelle dynamo expérimentale, baptisée Fury, devient la première au monde à être actionnable à la main et à permettre de ressentir l’apparition du champ magnétique par le surcroît d’énergie nécessaire au maintien du mouvement.

Parmi les phénomènes physiques présents dans le noyau terrestre, l’effet dynamo est sans doute le plus spectaculaire. Il est à l’origine du champ magnétique que l’on mesure avec nos boussoles (ou nos téléphones mobiles), enregistré en permanence par des stations de mesure magnétique réparties à la surface du globe et, plus récemment, à l’aide de constellation de satellites en orbite autour de la Terre. L’effet dynamo est généré par les mouvements de convection au sein de la partie liquide du noyau, à plus de 3000 km sous nos pieds, sans aucune source magnétique ou électrique que celle qu’il génère. L’effet dynamo est en fait présent dans la plupart des objets astrophysiques, à commencer par le Soleil dont les tâches en surface sont la trace du champ magnétique généré dans sa zone convective.

Mais que se passerait-il si le champ magnétique terrestre disparaissait ? Nathanaël Schaeffer chercheur à l’Institut des Sciences de la Terre qui étudie le noyau de la Terre et son champ magnétique vous dit tout sur son rôle et son fonctionnement en moins de deux minutes !

Produire un effet dynamo en laboratoire est complexe et coûteux car cela nécessite de grandes dimensions, des matériaux fortement conducteurs de l’électricité, et de surcroît animés de grandes vitesses. Mais cela ne suffit pas, il faut aussi une géométrie de vitesse favorable. Reproduire une dynamo en laboratoire est donc un réel challenge, et si les tentatives sont nombreuses, les succès sont rares. Dans le cadre d’une collaboration entre l’UGA et l’ENS-Lyon, une nouvelle expérience de dynamo a été construite, la cinquième au monde, à partir d’un concept théorique nouveau, lié à l’anisotropie de conductivité électrique [1]. Ce concept, en rupture avec les connaissances antérieures car il contourne les théorèmes anti-dynamo établis de longue date (1934), porte une propriété inédite qui a été baptisée « furieuse » car encore plus efficace que les dynamos « rapides » connues jusqu’alors.

En mars 2021, l’expérience Fury (figure de gauche) a fonctionné quasiment du premier coup, générant un champ magnétique d’intensité 50 fois plus élevée que les 50T du champ terrestre (figure de droite). Par rapport aux précédentes expériences celle-ci est de faible dimension (20cm) et bien moins onéreuse. Cette dynamo low-cost fonctionne depuis bientôt deux ans. Un deuxième prototype est en cours d’étude, en jouant cette fois sur l’anisotropie de perméabilité magnétique.

Expérience Fury (2021)
Intensité du champ magnétique (en T) en fonction du temps (s)

Références

  • 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)

Contact scientifique local

Franck Plunian, professeur UGA au laboratoire ISTerre

Article initialement publié par l’Université Grenoble Alpes.

[1L’anisotropie, pour un matériau, désigne le fait de présenter des propriétés physiques différentes selon la direction (contraire de l’isotropie, identique dans toutes les directions). La conduction électrique peut être ainsi modifiée par l’orientation de certains matériaux de conductivité électrique anisotropes et produire un champ magnétique asymétrique.