Turbulence et Astrophysique

  Les études liées à la mécanique des fluides dans le domaine de l'astrophysique se sont beaucoup développées depuis vingt à trente ans, en raison de l'amélioration de, à la fois, les techniques expérimentales d'observation et les simulations numériques. Dans la plupart des domaines de l'astrophysique et de la cosmologie, on se trouve en conditions de fluides turbulents. Dans certains cas, on peut établir un lien étroit avec la phénoménologie classique à la Kolmogorov, alors que, dans de nombreux cas, d'autres forces (comme celles liées au magnétisme ou à la gravitation) deviennent dominantes si bien que de nouvelles idées théoriques spécifiques ou de nouvelles méthodes numériques doivent être mises au point. En particulier, pour le milieu interstellaire ressemblant à de la poussière dont les forces de pression sont absentes, la turbulence est presque infiniment compressible, de sorte qu'elle est régie par l'équation de Burgers, la gravitation devant de plus être prise en compte pour les très grandes échelles. Au contraire, à l'intérieur des étoiles, les effets gravitaires d'origine thermique sont prédominants dans la région dite convective alors que l'interaction avec les champs magnétiques et la génération de ceux-ci sont très importants au voisinage de la surface; ce dernier phénomène étant essentiel dans les mécanismes de chauffage de la zone coronnale ou dans la génération des vents stellaires. Ainsi, il est très difficile de tenir compte simultanément de toutes ces situations et différents modèles doivent être utilisés pour chaque cas spécifique.

  Des situations turbulentes sont rencontrées en astrophysique et en cosmologie dans de nombreux problèmes tels que la formation des grandes structures de l'univers ou la formation des étoiles et des planètes, et des stratégise (ou modèles) spécifiques ont été développés pour ces applications. La turbulence est aussi très importante dans le fonctionnement des étoiles, qui sont des machines thermiques très complexes, pour lesquelles le fort couplage avec les effets magnétiques est essentiel. Les effets liés à l'interaction entre la turbulence et la gravitation sont aussi essentiels pour expliquer les formes anisotropes spécifiques des disques protoplanétaires, des galaxies ou des structures les plus grandes de l'univers.

 La phénoménologie classique à la Kolmogorov doit être modifiée afin de tenir compte de l'action des effets magnétiques, convectifs ou supersoniques sur les propriétés du milieu interstellaire, de sorte que des équations ou des approximations spécifiques doivent être utilisées pour tenir compte des effets de ces forces de volume, alors que des similarités - mais aussi des différences - existent entre les propriétés statistiques des champs de vitesse obtenues dans les souffleries classiques de laboratoires et celles que l'on observe, par exemple, dans le vent solaire ou dans les écoulements extragalactiques de poussières et de gaz. En conséquence, les simulations numériques constituent, dans de nombreux cas, une source essentielle de données et de compréhension puisque les observations ne permettent souvent pas d'atteindre un niveau suffisant de détails (à la fois au niveau des échelles et de par le fait que les observations (ou mesures) sont très souvent réalisables selon une seule direction).

Les livres répertoriés à la fin de cette page constituent de bons outils d'approfondissement de ces notions que je viens de présenter de façon très succincte.

                                                          ..... et je vous invite donc à découvrir avec moi le monde fascinant de l'astrophysique   :

 (Images magnifiques d') Hubble (wonderful pictures)

Images faites par des astronomes amateurs :
                                                                             Michel Peyro      Gérard Thérin
Pictures made by non-profesional astronomers  :

(Quelques) Sites en Français               (Quelques) Sites en Anglais          Livres / Books
 
 

Une liste de sites personnels (en français) d'amateurs passionnés
 
 

Sites en Français (liste non exhaustive ....)
 

(Quelques) Sites institutionnels : La mission du satellite Planck (rayonnement fossile) Institut de Mécanique Céleste (Bureau des Longitudes) Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble Laboratoire d'Astrophysique de Marseille .....      il fête son tricentenaire Observatoire Midi-Pyrénées Observatoire de Nice Observatoire de Paris-Astronomie solaire

(Quelques) Sites personnels : La mission Archeops : un regard vers les origines de l'Univers Découvrir le ciel avec un club d'astronomie I Découvrir le ciel avec un club d'astronomie II Découvrir le ciel avec un club d'astronomie III La physique solaire à l'école I La physique solaire à l'école II La revue Astronomie Magazine La revue Ciel et Espace Le ciel est bleu  ...  pourquoi ?? Les neuf planètes Les notions de base accessibles à tous I Les notions de base accessibles à tous II Les particules et l'Univers Des satellites pour observer les océans Remonter dans le passé de l'Univers Un site sur les astéroides Un site sur Mars (et bien d'autres choses !!!) Un site sur le soleil

Sites en Anglais (liste non exhaustive ....)
 

Institutional sites Mars exploration Jupiter exploration (Galileo) Saturn exploration (Cassini) Observation of the solar system Observation of the sun (Soho) Observation of the sun (Yokhoh)
Personal pages Archeops : looking towards the origin of the Universe Basic turbulence I (and applications in astrophysics) Basic turbulence II (and applications for studying the dynamo effect) Galactic dynamics Magnetohydrodynamics (its astrophysical applications) Near-earth objects I Near-earth objects II Strings and cosmology ...

Livres / Books           (Liste au format .pdf / list as a .pdf file)

Compte-rendu à télécharger d'un atelier de travail sur Astrophysique et Turbulence / Download workshop proceedings on Astrophysics and Turbulence

AUDOUZE J. 2000. L'univers. Que Sais-je, Paris.

BENEST D., FROESCHLE C., Editors. 1995. Chaos and diffusion in Hamiltonian systems, Editions Frontières, Paris.

BENEST D., FROESCHLE C. 1999. Invitation aux planètes, Editions Eska, Paris.

BENEST D., FROESCHLE C. 1999. Astéroïdes, météorites et poussières interplanétaires, Editions Eska, Paris.

BLANCHARD A. 1995. L'univers. Dominos, Flammarion, Paris.

BLANCHARD A., BOISSE P., COMBES F., MAZURE A. 2002. Galaxies et cosmologie. CNRS Editions, Paris.

BURLAGA L.F. 1995.Interplanetary magnetohydrodynamics.Oxford University Press, New-York.

CAPUZZO-DOLCETTA R., CHIOSI C., DI FAZIO A., Editors.1990. Physical processes in fragmentation and star formation.Kluwer, Dordrecht.

CHASSAING P. 2000. Turbulence en mécanique des fluides. CEPADUES Editions, Toulouse.

CHERNOV L.A. 1961.Wave propagation in a random medium, 1° édition anglaise. Mac Graw Hill, New-York.

COANTIC M., ANSELMET F., TAVERA G. 2003. La turbulence, Publié dans l'Encyclopaedia Universalis, Paris.

COUSTEIX J. 1989. Turbulence et couche limite. CEPADUES Editions, Toulouse.

FRISCH U. 1995. Turbulence : the legacy of A.N. Kolmogorov. Cambridge University Press.

GREENE B. 2000. L'Univers élégant. Robert Laffont (also Norton and Co., New York 1999).

ISHIMARU A. 1978.Wave propagation and scattering in random media. Academic Press, New-York.

LANTOS P. 1994. Le soleil. Que sais je, Paris.

LA RECHERCHE. 1998.Naissance et histoire du cosmos. Hors Série, Avril.

LENA P., Editeur.1996. Les sciences du ciel. Flammarion, Paris.

LEQUEUX J. 1976. Planètes et satellites. Que sais je, Paris.

LEQUEUX J., FALGARONE E., RYTER C. 2002. Le milieu interstellaire. CNRS Editions, Paris.

LESIEUR M. 1994. La turbulence. Presses Universitaires de Grenoble.

LESIEUR M. 1997. Turbulence in fluids, 3° Ed. Kluwer, Dordrecht.

LURCAT F. 1999. Le chaos. Que sais je, Paris.

Mc COMB W.D. 1990. The physics of fluid turbulence.Clarendon Press, Oxford.

MENEGUZZI M., POUQUET A., SULEM P.L., Editeurs. 1995. Small-scale structures in three-dimensional hydrodynamic and magnetohydrodynamic turbulence. Springer.

MONIN A.S., YAGLOM A.M. 1975. Statistical fluid mechanics : mechanics of turbulence, Vols. 1 et 2.M. I. T. Press, Cambridge, Mass.

MONTMERLE T.,  PRANTZOS N. 1998. Naissance, vie et mort des étoiles. Que sais-je, Paris.

MOREAU R. Magnetohydrodynamics, Ed. Kluwer, Dordrecht.

NATAF H.C., SOMMERIA J., Editeurs.2000.La physique et la terre.Belin-CNRS Editions, Paris.

PANOFSKY H.A., DUTTON J.A. 1984.Atmospheric turbulence. John Wiley and Sons.

PASSOT T., SULEM P.L., Editors.1999. Nonlinear MHD waves and turbulence. Springer.

POPE S.B. 2000. Turbulent flows. Cambridge University Press.

POUR LA SCIENCE. 1994. La vie dans l'univers. N° Spécial, Décembre.

POUR LA SCIENCE. 2001.Vie et mœurs des étoiles. Hors Série, Janvier.

PRIEST E., FORBES T. 2000. Magnetic reconnection.Cambridge University Press.

ROBERTS P.H., GLATZMAIER G.A. 2000. Geodynamo theory and simulations. Rev. Modern Physics, 72/4, pp. 1081-1123.

SCHIESTEL R. 1993. Modélisation et simulation des écoulements turbulents. Hermès, Paris.

SILK J. 1999. Le big-bang. Livre de Poche, Paris (aussi 1997,  Editions Odile Jacob, Paris ; et Freeman, 2001).

TATARSKII V.I. 1961.Wave propagation in a turbulent medium, 1° édition anglaise. Mac Graw Hill, New-York.

ZAHN J.P., ZIIN-JUSTIN J., Editeurs.1993. Astrophysical fluid dynamics (Les Houches, 1987). Elsevier ou North-Holland.