Sujet de STAGE (2012-2013)
Ecole Doctorale « Physique et Sciences de la Matière »
Aix-Marseille Université
Titre : Couplage solide/gaz dans les disques protoplanétaires
Mots-clefs : Formation Planétaire – Ecoulements Diphasiques – Milieux granulaires
Nom et coordonnées du proposant : Pierre Barge – LAM/OAMP
Adresse : équipe "Système Solaire et Formation Planétaire"
LAM/OAMP – UMR6110 – Pôle de Château Gombert
38 rue F. Joliot-Curie - 13388 – Marseille – cedex 13
Contact : Tel: 04 91 05 59 84 - Fax : +33491661862 - E-mail : pierre.barge@oamp.fr
Co-encadrement : Elisabeth Guazelli - Groupe Ecoulement de Particules"
IUSTI, Polytech Marseille – 5 rue Enrico Fermi - 13453 - Marseille - cedex 13
Résumé du stage :
Le travail proposé a pour cadre la nébuleuse protoplanétaire avant le découplage
solide/gaz , à une époque où le matériau solide est encore sous forme de particules de
tailles diverse en suspension dans le gaz. Il s’inscrit dans un projet visant à explorer la
phase de formation des planétésimaux en utilisant une approche numérique. Le code
utilisé est fondé sur la méthode des volumes finis ; il a été spécifiquement développé et
optimisé pour l'étude des disques protoplanétaires. Ce code permet de simuler
l’écoulement du gaz en respectant au mieux les effets non-linéaires liés à sa
compressibilité, mais aussi l'évolution d'une composante de particules solides
considérée comme un second fluide sans pression. Il permet d'étudier diverses
instabilités, notamment celles qui conduisent à la formation de structures
tourbillonnaires qui ont tendance à capter et à confiner le matériau solide présent dans
la nébuleuse. Dans ce type d’approche, le couplage aérodynamique gaz/particules est
généralement modélisé de façon simple en distinguant deux régimes de friction
différents: le régime de Stokes pour les grosses particules et le régime d'Epstein pour
les particules de taille inférieure au libre parcours des molécules de gaz. Nous
proposons dans ce stage (i) de revisiter les approximations faites pour exprimer le
couplage gaz/particules et (ii) d’estimer l’importance des effets négligés (effets collectifs
et de sillage, …) dans les mécanismes de sédimentation vers le plan équatorial du
disque et de migration vers l’étoile. Le but de ce travail est de trouver une formulation
plus réaliste des effets de friction que celle utilisée jusqu'à présent. On pourra se servir
pour tester les différents cas du code numérique existant. Cette nouvelle formulation
permettra ensuite de mieux comprendre comment la composante solide des disques
protoplanétaires parvient à se découpler du gaz pour former les premiers corps
solides, briques des planétoïdes primordiaux (les planétésimaux).