The VKS experiment studies dynamo action in the flow generated inside a cylinder filled with liquid sodium by the rotation of coaxial impellers (the von Kármán geometry). We report observations related to the self-generation of a stationary dynamo when the flow forcing is symmetric, i.e. when the impellers rotate in opposite directions at equal angular velocities. The bifurcation is found to be supercritical, with a neutral mode whose geometry is predominantly axisymmetric. We then report the different dynamical dynamo regimes observed when the flow forcing is asymmetric, including magnetic field reversals. We finally show that these dynamics display characteristic features of low dimensional dynamical systems despite the high degree of turbulence in the flow.
L'expérience VKS étudie l'effet dynamo dans l'écoulement de von Kármán engendré dans un cylindre par la contre-rotation des deux turbines coaxiales. Nous décrivons d'abord l'apparition et l'auto-entretien d'une dynamo statistiquement stationnaire, créée lorsque les turbines sont en contra-rotation exacte. L'instabilité dynamo se développe au travers d'une bifurcation super-critique avec un mode neutre essentiellement axisymétrique. Nous discutons ensuite l'observation de régimes dynamique riches, engendrés lorsque les turbines sont en contra-rotation à des vitesses différentes, c'est-à-dire en présence d'une rotation globale de l'écoulement. Renversements erratiques, oscillations et régimes de bouffées intenses de champ magnétique sont alors observés. Nous montrons que ces comportements, engendrés pour des valeurs voisines des paramètres de contrôle de l'écoulement, ont des caractéristiques très similaires aux systèmes chaotiques de faible dimensionalité en dépit de la turbulence importante de l'écoulement.
Mot clés : Dynamo, Magnétohydrodynamique, Turbulence
Sébastien Aumaître 1; Michael Berhanu 2; Mickael Bourgoin 3; Arnaud Chiffaudel 1; François Daviaud 1; Bérengère Dubrulle 1; Stephan Fauve 2; Louis Marié 1; Romain Monchaux 1; Nicolas Mordant 2; Philippe Odier 3; François Pétrélis 2; Jean-François Pinton 3; Nicolas Plihon 3; Florent Ravelet 1; Romain Volk 3; VKS Collaboration
@article{CRPHYS_2008__9_7_689_0,
author = {S\'ebastien Auma{\^\i}tre and Michael Berhanu and Mickael Bourgoin and Arnaud Chiffaudel and Fran\c{c}ois Daviaud and B\'ereng\`ere Dubrulle and Stephan Fauve and Louis Mari\'e and Romain Monchaux and Nicolas Mordant and Philippe Odier and Fran\c{c}ois P\'etr\'elis and Jean-Fran\c{c}ois Pinton and Nicolas Plihon and Florent Ravelet and Romain Volk and VKS Collaboration},
title = {The {VKS} experiment: turbulent dynamical dynamos},
journal = {Comptes Rendus. Physique},
pages = {689--701},
publisher = {Elsevier},
volume = {9},
number = {7},
year = {2008},
doi = {10.1016/j.crhy.2008.07.002},
language = {en},
}
TY - JOUR AU - Sébastien Aumaître AU - Michael Berhanu AU - Mickael Bourgoin AU - Arnaud Chiffaudel AU - François Daviaud AU - Bérengère Dubrulle AU - Stephan Fauve AU - Louis Marié AU - Romain Monchaux AU - Nicolas Mordant AU - Philippe Odier AU - François Pétrélis AU - Jean-François Pinton AU - Nicolas Plihon AU - Florent Ravelet AU - Romain Volk AU - VKS Collaboration TI - The VKS experiment: turbulent dynamical dynamos JO - Comptes Rendus. Physique PY - 2008 SP - 689 EP - 701 VL - 9 IS - 7 PB - Elsevier DO - 10.1016/j.crhy.2008.07.002 LA - en ID - CRPHYS_2008__9_7_689_0 ER -
%0 Journal Article %A Sébastien Aumaître %A Michael Berhanu %A Mickael Bourgoin %A Arnaud Chiffaudel %A François Daviaud %A Bérengère Dubrulle %A Stephan Fauve %A Louis Marié %A Romain Monchaux %A Nicolas Mordant %A Philippe Odier %A François Pétrélis %A Jean-François Pinton %A Nicolas Plihon %A Florent Ravelet %A Romain Volk %A VKS Collaboration %T The VKS experiment: turbulent dynamical dynamos %J Comptes Rendus. Physique %D 2008 %P 689-701 %V 9 %N 7 %I Elsevier %R 10.1016/j.crhy.2008.07.002 %G en %F CRPHYS_2008__9_7_689_0
Sébastien Aumaître; Michael Berhanu; Mickael Bourgoin; Arnaud Chiffaudel; François Daviaud; Bérengère Dubrulle; Stephan Fauve; Louis Marié; Romain Monchaux; Nicolas Mordant; Philippe Odier; François Pétrélis; Jean-François Pinton; Nicolas Plihon; Florent Ravelet; Romain Volk; VKS Collaboration. The VKS experiment: turbulent dynamical dynamos. Comptes Rendus. Physique, Volume 9 (2008) no. 7, pp. 689-701. doi : 10.1016/j.crhy.2008.07.002. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2008.07.002/
[1] Magnetic Field Generation in Electrically Conducting Fluids, Cambridge University Press, Cambridge, 1978
[2] J. Appl. Mech. Tech. Phys., 271 (1972), pp. 411-454
[3] et al. Phys. Rev. Lett., 13 (2001), p. 561
[4] et al. Magnetohydrodynamics, 32 (1996), pp. 235-248
[5] Eur. Phys. J. B, 22 (2001), pp. 273-276
[6] Phys. Rev. Lett., 92 (2004), p. 054502 (and references therein)
[7] et al. Phys. Rev. Lett., 96 (2006), p. 204503
[8] et al. New. J. Phys., 94 (2005), p. 164502
[9] et al. GAFD, 100 (2006), p. 281
[10] et al. Phys. Rev. E, 58 (1998), pp. 7397-7401
[11] et al. Phys. Rev. Lett., 14 (2002) no. 17, p. 3046
[12] et al. Phys. Rev. Lett., 98 (2007), p. 044502
[13] et al. Europhys. Lett., 77 (2007), p. 59001
[14] et al. Chaotic dynamos generated by a turbulent flow of liquid sodium, Phys. Rev. Lett., Volume 101 (2008), p. 074502
[15] Phys. Fluids, 16 (2004), p. 457
[16] et al. Phys. Fluids, 17 (2005), p. 117104
[17] F. Ravelet, PhD Thesis, Ecole Polytechnique, 2005, http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011016/en/
[18] The dynamo effect (J.-A. Sepulchre, ed.), Peyresq Lectures on Nonlinear Phenomena, vol. II, World Scientific, 2003, pp. 1-64
[19] Phys. Rev. E, 68 (2003), p. 066307
[20] et al. Eur. J. Mech. B, 25 (2006), p. 894
[21] et al. Europhys. Lett., 82 (2008), p. 29001
[22] et al. Phys. Rev. E, 63 (2001), p. 066211
[23] Phys. Rev. Lett., 95 (2005), p. 064101
[24] Eur. Phys. J. B, 51 (2006), p. 357
[25] Nature, 198 (1963), p. 1158
[26] et al. Eur. Phys. J. B, 33 (2003), p. 469
[27] et al. Phys. Fluids, 16 (2004), p. 2529
[28] GAFD, 101 (2007), p. 289
[29] Impact of turbines in the VKS2 dynamo experiment | arXiv
[30] et al. Phys. Rev. E, 73 (2006), p. 046310
[31] R. Volk, PhD thesis, Ecole Normale Supérieure de Lyon, 2005, http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011221/en/
[32] Phys. Rev. E, 73 (2006), p. 056311
[33] Phys. Earth Planet. Inter., 91 (1995), p. 253
[34] Geochem. Geophys. Geosys. (G-cubed), 111 (1999), p. 3
[35] Rev. Mod. Phys., 326 (2005), p. 693
[36] Dynamo and dynamics, a mathematical challenge (P. Chossat et al., eds.), Kluwer Academic Publishers, 2001, pp. 363-370
[37] Mon. Not. R. Astron. Soc., 278 (1996), p. 294
[38] Proc. Roy. Soc. London A, 459 (2003), p. 577 (and references therein)
[39] et al. Physica D, 174 (2003), pp. 84-99
[40] et al. Phys. Rev. Lett., 55 (1985), p. 208
[41] Mon. Not. R. Astron. Soc., 273 (1995), p. 1150
[42] Phys. Rev. Lett., 94 (2005), p. 184506
[43] Europhys. Lett., 68 (2004), p. 177
[44] Phys. Earth Planet. Inter., 54 (1958), p. 89
Cited by Sources:
Comments - Policy