Géodynamo, Modélisation numérique

Le champ géomagnétique est généré par l'action de la dynamo dans le noyau externe liquide de la Terre. Dans cette thèse, l'équilibre des forces qui contrôle la dynamique de l'écoulement convectif à l'origine de ce mécanisme de dynamo est étudié à l'aide de simulations numériques. À cette fin, nous calculons et analysons une grande série de modèles. Nous constatons que la plupart des dynamos numériques sont régies par une balance dite quasi-géostrophique Magnéto-Archimédienne-Coriolis (QG-MAC). Ce type d'équilibre des forces fait référence aux cas dans lesquels l'équilibre des forces dominantes est celui entre les forces de Coriolis et les forces de pression (équilibre géostrophique), tandis que les forces de Lorentz, de flottabilité et de Coriolis agéostrophique, c'est-à-dire la partie de la force de Coriolis non compensée par la pression, s'équilibrent à l'ordre suivant. L'inertie et les forces visqueuses représentent des contributions secondaires. Dans les dynamos QG-MAC à fort champ magnétique, la force de Lorentz devient dominante vers les plus petites échelles de longueur d'écoulement, de sorte que celles-ci sont en équilibre magnétostrophique (Coriolis-Pressure-Lorentz). L'analyse spectrale de la balance des forces montre que dans les modèles QG-MAC, l'échelle de longueur à laquelle la flottabilité et les forces de Lorentz sont en équilibre contrôle l'échelle dominante de convection. De plus, nous montrons que l'échelle à laquelle la balance des forces dominante passe de la géostrophie à grande échelle à la magnétostrophie à petite échelle, peut être liée à la perte de l'invariance axiale de l'écoulement. Nos résultats suggèrent que le noyau de la Terre est probablement contrôlé par une balance QG-MAC, dans laquelle l'équilibre de force dominant passe d'une balance géostrophique à une balance magnétostrophique à petite échelle. L'extrapolation des échelles théoriques qui supposent ce type d'équilibre des forces aux conditions du noyau terrestre suggère que l'échelle dominante de longueur de flux de la géodynamo est d'environ 200 km, tandis que les effets magnétostrophiques sont décalés vers des échelles inférieures à 50 km.