MRI

Ce projet consiste à étudier les Instabilités Magnéto Rotationnelles dans un laboratoire, afin de faire une analogie avec les disques d’accrétion.

L’astrophysique a prouvé que les planètes sont créées à l’intérieur d’un énorme nuage de poussière, de glace et de gaz qui orbite autour d’une jeune étoile. A l’intérieur de ce nuage, des effondrements et des accrétions de matière ont lieu, créant un disque d’où naissent les planètes, les astéroïdes et les comètes. Ce disque est appelé un disque d’accrétion. Le processus de création de planètes (et autres corps plus petits) est connu, cependant le phénomène menant à celui-ci reste incompris. L’explication la plus fiable serait que des instabilités, crées par la rotation du disque et le champ électromagnétique de l’étoile, entraîneraient la formation de zones plus denses et que la force gravitationnelle ferait le reste. Ces instabilités sont appelées Instabilités Magnéto Rotationnelles (IMR) et sont le sujet de ce projet.

Afin de recréer les IMR, un système Taylor-Couette est pensé et créé. Le système TC est utilisé dans des expériences de dynamique des fluides. Il est composé de deux cylindres intriqués, séparés par un petit espace, appelé gap, dans lequel un fluide complexe (fluide non-newtonien) est placé et mis en rotation. Le plus grand des cylindres tourne autour de son axe, tandis que le plus petit reste immobile. Cela génère un écoulement. Le but de ce projet est d’observer des instabilités dans cet écoulement. Elles sont créées en forçant la vitesse de rotation du cylindre, ce qui permet à l’écoulement d’avoir un comportement non-linéaire. Afin d’avoir un semblant d’équilibre l’écoulement génère des instabilités telles que des vortex. D’autre part, un deuxième système est créé. Il s’agit d’un système basé sur le principe d’une éolienne de Savonius. Il est composé de deux pales, positionnées de telle sorte que le fluide, entraîné par l’une d’elles, passe par le milieu et vient heurter la seconde pale qui l’entraine à nouvrau. Le module de Savonius ne génère pas un écoulement comparable à celui de Taylor-Couette et, comme cette expérience n’a jamais été faite auparavant, les instabilités observées sont surement bien différentes que dans un système de TC.

Les deux modules sont fabriqués en plastique, grâce à la technologie des imprimantes 3D. Cela permet d’avoir une grande précision dans la fabrication ainsi qu’un coût de fabrication très bas. La précision est un des critères les plus importants sachant que si les deux cylindres, ou les deux pales, ne sont parfaitement alignés aucune instabilité ne pourra être observée. Enfin le prototype est mis en rotation à l’aide d’un moteur DC programmé à l’aide d’un code Arduino. Ce code permet tout d’abord de connaître précisément la vitesse de rotation, ce qui permet de caractériser les instabilités observées et de monter un modèle théorique. De plus, il est basé sur la PWM (pulse width modulation) qui permet de changer la vitesse de rotation du moteur très rapidement et très précisément. Ce choix de construction est fait afin de recréer un environnement propice à l’observation d’IRM afin de pouvoir faire une analogie avec les disques d’accrétion.

Commentaires

Soumis par Felix (non vérifié) le
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