CEA
CNRS
Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé


07 février 2007
M. Roger1, D.J.P Morris2, D.A. Tennant3,4, M.J. Gutmann5, J.P. Goff2, J.-U. Hoffmann3, R. Feyerherm3, E. Dudzik3, D. Prabhakaran6, A.T. Boothroyd6, N. Shannon7, B. Lake3,4 & P.P. Deen8.

1Service de Physique de l’Etat Condensé (CNRS/MIPPU/URA 2464), DSM/DRECAM/SPEC, CEA Saclay, P.C. 135, F-91191 Gif sur Yvette, France.
2Dept. of Physics, University of Liverpool, Oliver Lodge Laboratory, Liverpool L69 7ZE, UK.
3Hahn-Meitner Institute, Glienicker Strasse 100, Berlin D-14109 Germany.
4Institute für Festkörperphysik, Technische Universität Berlin, Hardenbergstrasse 36, Berlin D-10623 Germany,
5ISIS Facility, Rutherford Appleton Laboratory, Chilton, Didcot, Oxon OX11 OQX, UK.
6Clarendon Laboratory, Parks Road, Oxford OX1 3PU, UK.
7H.H Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol BS8 1TL, UK.
8European Synchrotron Radiation Facility, BP 220, F-38043 Grenoble Cedex, France.

25 septembre 2007

Le mélange des fluides très visqueux intervient dans de nombreux procédés industriels, mais est également présent dans la vie courante. Pour mélanger une pâte à gâteau, par exemple, un enfant va intuitivement remuer les ingrédients avec une cuillère. Une équipe regroupant des scientifiques du CEA (DRECAM/SPEC), de l'Imperial College (Londres) et de l'unité mixte Saint-Gobain/CNRS a récemment réalisé une expérience où une tige mélange un fluide visqueux, et a montré pour la première fois [1] que, pour une classe très large de mélangeurs industriels, la vitesse du mélange était considérablement ralentie par les murs du mélangeur, et celà dans tout le mélangeur, même loin des bords.

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Il est crucial pour de nombreuses applications industrielles de connaître la vitesse de mélange d'un dispositif, c'est-à-dire de déterminer la loi d'évolution du champ de concentration de l'inhomogénéité, par exemple d'un colorant. Les chercheurs du CEA ont construit un mélangeur proche d'une situation industrielle réaliste, où une tige cylindrique homogénéise une tâche de colorant avec du sirop de sucre transparent. La tige revient toujours sur la même trajectoire et dessine un "huit". L'écoulement créé par la tige dans le sirop de sucre est bi-dimensionnel, et est très régulier car le sirop est très visqueux -- l'écoulement n'est donc pas turbulent, mais laminaire. Le protocole de mélange crée par ailleurs du "mélange chaotique" [2], c'est-à-dire que les trajectoires de particules fluides voisines se séparent très vite au cours du temps, ce qui est bien sûr favorable au mélange.

29 mars 2007
Collaboration VKS (CEA-CNRS-ENS Lyon et Paris), contact CEA : Francois Daviaud

La Terre a subi au cours des âges géologiques plusieurs renversements erratiques de son champ magnétique. Celui du soleil se renverse quant à lui périodiquement selon son cycle d’activité de 22 ans. Ces dynamiques magnétiques, encore assez mystérieuses, jouent un rôle dans l’exposition de notre planète aux rayons cosmiques. La collaboration VKS1 (CEA2, CNRS3,4, Ecole normale supérieure de Lyon3, Ecole normale supérieure-Paris4) a observé pour la première fois en laboratoire des renversements d’un champ magnétique dans un écoulement très turbulent de sodium liquide. Ces expériences devraient permettre de mieux comprendre la dynamique des champs magnétiques cosmiques. Ce résultat est publié dans Europhysics Letters, volume 77, de mars 2007.

Le champ magnétique de la Terre est créé par des mouvements très désordonnés qui agitent le noyau de fer liquide se trouvant en son centre : c’est l’effet « dynamo ». Une de ses caractéristiques les plus étonnantes, révélée par les études paléomagnétiques, est  l’inversion aléatoire des pôles magnétiques. Ceux-ci restent proches des pôles géographiques et s’échangent entre nord et sud, environ tous les 100 000 ans, bien que des périodes plus longues sans renversement se soient produites. Les renversements durent quant à eux en moyenne quelques milliers d’années.

28 mars 2007
M.-A. Dubois1, L. H. Emmons2, L. Cournac3, P. Chatelet4, N. C. A. Pitman5, V. Vilca5, & L.-F. del Aguila6

1CEA Saclay, DSM/DRECAM/Service de Physique de l ’Etat Condensé, L ’Orme des Merisiers, 91191 Gif sur Yvette, France
2Department of Zoology NHB 390 MRC 108, Smithsonian Institution, P.O.Box 37012,Washington, DC 20013-7012 USA
3CEA Cadarache, DSV/DEVM/Laboratoire d ’Ecophysiologie de la Photosynthèse, 13108 Saint Paul Lez Durance Cedex, France
4CNRS/URA 1183,Muséum National d ’Histoire Naturelle,
4 avenue du Petit Château,91800 Brunoy, France
5Asociación para la Conservación de la Cuenca Amazonía,
Calle Cuzco 499, Puerto Maldonado, Madre de Dios, Perú
6Fundación Amigos de la Naturaleza, Santa Cruz de la Sierra, Bolivia

27 janvier 2007
A. Chiffaudel, F. Daviaud, B. Dubrulle, C. Gasquet, R. Monchaux, V. Padilla, avec la participation de L. Marié et F. Ravelet, DSM/DRECAM/SPEC
Collaboration VKS : CEA - ENS Lyon - ENS Paris -

C’est sur le principe de la dynamo que repose la production d’une grande partie du courant électrique que nous consommons. Un courant électrique est créé dans une boucle conductrice se déplaçant dans un champ magnétique : c'est l’effet dynamo. Il y a conversion d'énergie mécanique en énergie électromagnétique. Inversement, un courant dans une boucle conductrice produit un champ magnétique. Un courant produit un champ, un champ produit un courant, mais sans champ et sans courant initiaux, l'effet dynamo peut-il s'amorcer et se stabiliser ? (une fluctuation de courant induisant une fluctuation de champ qui amplifie le courant etc…).

La plupart des objets astrophysiques (planètes, étoiles, galaxies..) possèdent un champ magnétique. Larmor propose en 1919 que ces champs magnétiques – en particulier celui du soleil – soient engendrés spontanément par l'effet dynamo à partir du mouvement d’un fluide conducteur (dynamo fluide). Les équations qui régissent ce phénomène sont connues (équations de Maxwell et loi d’Ohm, équations de Navier-Stokes) et, dans le cas d’écoulements simples et constants, les calculs analytiques montrent la réalité de l'effet. Mais qu'en est-il en présence de turbulence ?

 

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