Simulation des vents de Jupiter en laboratoire

On se pose des questions sur les vents de Jupiter. Est-ce qu’ils existent uniquement sur la partie supérieure de l’atmosphère, comme ceux de la Terre, ou ils plongent jusqu’à la partie interne de la planète géante. Et si c’est le cas, alors ces vents pourraient révéler des indices sur l’intérieur de la planète.


On se pose des questions sur les vents de Jupiter. Est-ce qu'ils existent uniquement sur la partie supérieure de l'atmosphère, comme ceux de la Terre, ou ils plongent jusqu'à la partie interne de la planète géante. Et si c'est le cas est vrai, alors ces vents pourraient révéler des indices sur l'intérieur de la planète.
Une vision du pole sud de Jupiter (coté supérieur gauche et inférieur droit) et les résultats de laboratoire à partir d'un nouveau modèle des vents de Jupiter (coté supérieur droit et inférieur gauche) - Crédit : Jonathan Aurnou

Le géophysicien Jonathan Aurnou et ses collègues à l’UCLA de Marseille ont simulé les vents de dans un laboratoire. Leurs travaux, publiés dans la revue Nature Physics, démontrent que les vents s’étendent à des centaines de milliers de kilomètres au dessous de l’atmosphère visible de Jupiter.1 On pouvait créer des modèles informatiques de ces jets, mais on ne pouvait pas les recréer en laboratoire selon Aurnou. Si on possède une compréhension théorique d’un système, alors on doit pouvoir créer un modèle analogique.

Le défi de créer des vents tourbillonnants en laboratoire se base sur la construction d’une planète avec 3 principaux attributs pour produire ces vents : Une rotation rapide, la turbulence et un « effet de courbure » pour imiter la forme sphérique de la planète. Les précédents modèles ont échoué parce que les chercheurs ne pouvaient pas faire pivoter leur modèle suffisamment vite.

La réussite de l’équipe d’Aurnou se base sur un nouvel équipement. Les chercheurs ont utilisé une table construite sur des coussins d’air qui pouvaient tourner à 120 révolutions par minute et supporter une charge d’une tonne. Cela signifie que la table pouvait faire tourner un gros réservoir de fluide à très grande vitesse pour imiter la rotation rapide de Jupiter. Les scientifiques ont rempli une benne de taille industrielle avec 400 litres d’eau et ils l’ont placé sur la table. Quand le réservoir s’est mis à tourner, l’eau s’est « plaquée » sur les côtés formant une parabole qui se rapprochait de la surface courbe de Jupiter.

Plus c’était rapide et mieux, nous avons pu simuler les effets de rotation et de courbure propres aux planètes selon Aurnou. Mais l’équipe a découvert que 75 révolutions par minute était une limite pratique : Suffisamment puissant pour donner une forme courbée au liquide, mais suffisamment lente pour éviter que l’eau déborde du contenant. Pendant que le réservoir était en rotation, les scientifiques ont utilisé une pompe en dessous du faux plancher pour faire circuler l’eau à travers une série de trous de sortie et d’entrée afin de créer la turbulence. Cette énergie turbulente a été canalisée pour créer les jets et en quelques minutes, le flux de l’eau s’est changé en 6 flux concentriques dans des directions alternées. C’est la première fois que quelqu’un démontre que les jets puissants comme ceux de Jupiter peuvent se développer dans un fluide réel selon Aurnou.

Les chercheurs ont estimé que les jets étaient profonds parce qu’ils pouvaient les voir sur la surface de l’eau même s’ils injectaient de la turbulence dans la partie inférieure. Maintenant, les chercheurs veulent tester leurs prédictions avec les données réelles de Jupiter. Et ils n’auront pas à attendre longtemps puisque la sonde Juno collecte actuellement des données sur la planète géante. Des résultats préliminaires ont été présentés pendant une réunion de l’American Geophysical Union où Aurnou était présent. Les données de , pendant son premier survol de Jupiter, montrent que les structures de gaz d’ammoniaque s’étendent à plus de 96 km à l’intérieur de Jupiter et c’était une sacrée surprise. Cette expérience de simulation des vents de Jupiter jouera un rôle pour expliquer ces données. L’équipe d’Aurnou prévoit désormais de créer des modèles informatiques sur l’intérieur et l’atmosphère de Jupiter. L’un des objectifs est d’ajouter une couche fine et stable au-dessus de l’eau en rotation qui simulerait la couche extérieure de Jupiter qui est responsable du climat de la planète. Les chercheurs estiment que cela leur permettrait d’expliquer la grande tache rouge de Jupiter.

Sources

1.
Cabanes S, Aurnou J, Favier B, Le Bars M. A laboratory model for deep-seated jets on the gas giants. Nat Phys. January 2017. doi: 10.1038/nphys4001

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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