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Terre Univers Environnement

La dynamique rapide dans le noyau externe de la Terre vue au travers des observations satellitaires

Olivier Barrois, ISTerre, 2014-2016

par Chargé(e) de mission communication - 9 octobre 2014 ( maj : 22 septembre 2017 )

Supervision : Nicolas Gillet, Dominique Jault
Funding : 50% CNES / 50% Labex
Doctoral School : Terre Univers Environnement ; Grenoble

Contexte scientifique

La principale source d’information sur la dynamique dans le noyau liquide de la Terre provient du champ géomagnétique enregistré en continu depuis 1999 à partir de satellites en orbite basse. Cette masse de données a profondément modifié notre perception de la Terre magnétique et l’observation de variations rapides à toutes les échelles spatiales a constitué une vraie rupture. Aujourd’hui, la confusion entre les différentes sources (noyau, lithosphère et atmosphère) demeure la principale limite à notre compréhension de ces phénomènes rapides. La mission Swarm de l’ESA, qui prévoit la mesure simultanée du champ à bord de trois satellites, va permettre de mieux dissocier les signaux en provenance de l’ionosphère, la magnétosphère et du noyau. Il devient alors envisageable de détecter dans le noyau une physique encore cachée (comme les ondes de Rossby), ou très floue (comme les ondes de torsion). Le mécanisme de ces ondes, où la rotation rapide de la Terre joue un rôle crucial, est en accord avec l’émergence de structures rapides de grande échelle.

Seuls les écoulements de la taille du noyau peuvent être détectés à partir des observations magnétiques. Concrètement, le doctorant calculera l’évolution simultanée des champs magnétique et de vitesse, via un model minimaliste où les forces sous-maille (ou inconnues) qui entrent dans les équations d’évolution sont représentées par des processus stochastiques. Dans cette optique, elle/il fournira la distribution de probabilité de l’état du noyau, qui permet de quantifier l’incertitude sur l’évolution des champs, comme cela se fait couramment en météorologie. La thèse se déroulera de la manière suivante :

  1. implémentation des modèles numériques stochastiques direct et inverse pour l’évolution des champs magnétique et de vitesse à la surface du noyau ;
  2. test de leur capacité de prédiction du champ magnétique, en effectuant des comparaisons avec des données déjà existantes ;
  3. estimation de la part respective des sources internes et externes à la variabilité magnétique haute fréquence.

La/le jeune scientifique devra faire face à des questions de mathématiques appliquées et de calcul numérique, ainsi que se confronter aux données géophysiques. Elle/il pourra s’appuyer sur des études menées au sein de l’équipe « géodynamo » d’ISTerre [1,2]. Ce projet sera le lieu de discussions avec nos collègues du DTU à Copenhague, avec qui nous collaborons dans le cadre d’un projet reconnu par l’ESA ("Swarm Science and Validation Opportunity").

[1] Gillet, Jault, Canet & Fournier (2010), Nature, 465 (7294), 74-77.
[2] Gillet, Jault, Finlay & Olsen (2013), G-cubed.



       

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