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Transition sous-critique à la turbulence et transport non-diffusif en astrophysique
Omniprésente, la turbulence est responsable d’une grande partie des processus de mélange et de transport observés dans la nature et dans les écoulements industriels. La diffusion d’éléments chimiques, le transfert de chaleur ou le transport de moment cinétique au sein d’un écoulement nécessitent donc une bonne compréhension de l’origine et des caractéristiques de la turbulence. Ces questions fondamentales ont trouvé un nouvel écho en astrophysique ces quinze dernières années, où de nouvelles observations remettent en cause les modèles classiques sur l’origine de la turbulence dans plusieurs systèmes, tels que les disques d’accrétion ou les zones radiatives des étoiles.
Dans ce séminaire, je présenterai nos efforts récents pour mieux comprendre le transport de moment cinétique dans les écoulements turbulents et fournir de nouvelles prédictions pour ces systèmes astrophysiques.
Plus précisément, je décrirai dans une première partie une expérience de laboratoire impliquant des métaux liquides et fournissant une configuration analogue aux disques astrophysiques. Pour certains paramètres, il est possible d’observer une loi d’échelle asymptotique pour le transport de moment cinétique dans un régime non dissipatif. Ce nouveau résultat permet de faire des prédictions quantitatives sur les taux d’accrétion observés autour des proto-étoiles et des trous noirs. Dans une deuxième partie, je présenterai des simulations numériques suggérant qu’un transport très similaire se produit dans la zone radiative de certaines étoiles. Une instabilité du plasma dans les couches profondes de l’étoile provoque une transition sous-critique vers la turbulence et la génération d’un fort champ magnétique. Il en résulte un transport de moment cinétique non dissipatif qui ralentit fortement le cœur de l’étoile, en accord avec les observations astérosismologiques récentes.