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© Collaboration VKS

L'expérience VKS 2, dans le hall d'expérimentation du Laboratoire du traitement du sodium, au CEA-Cadarache.

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Quelle est l'origine du champ magnétique¹ du Soleil, de la Terre ou d'autres planètes ? L'effet dynamo bien sûr, qui, à partir de la mise en mouvement d'un fluide conducteur, engendre un courant électrique et un champ magnétique s'entretenant l'un l'autre. Pour notre planète par exemple, il est produit par les mouvements du fer liquide dans le noyau. Facile à dire, mais personne n'avait été capable de reproduire en laboratoire un champ magnétique créé par effet dynamo, similaire à celui d'une planète. Jusqu'à ce que trois équipes de chercheurs, impliquant le CNRS, le CEA et les écoles normales supérieures de Paris et de Lyon, qui ont travaillé pendant près de dix ans au sein du projet « Von Karman Sodium » (VKS), y parviennent l'année dernière. Avec le recul, un projet qualifié d'« osé et risqué » par Christian Chardonnet, directeur scientifique adjoint du département « Mathématiques, physique, planète et Univers » (MPPU) du CNRS. Osé mais fructueux…

Comme l'explique Stephan Fauve, du Laboratoire de physique statistique (LPS) de l'ENS², « nous avions de bonnes raisons de croire que l'écoulement turbulent³ d'un fluide conducteur dans un cylindre, provoqué par la rotation en sens inverse de deux turbines, était un bon candidat pour générer spontanément un champ magnétique ». Pour autant, à l'époque, rien n'est moins sûr. Une seule solution : monter une expérience. Les estimations montrent vite que celle-ci ne tiendra pas sur une simple paillasse. Pour engendrer un champ magnétique, les chercheurs savent qu'ils devront mettre en mouvement plus d'une centaine de litres de sodium, un métal choisi pour sa très bonne conductivité électrique, mais d'un maniement délicat et liquide seulement au-dessus de 100 °C. Ainsi, VKS prend ses quartiers à la direction de l'énergie nucléaire du CEA-Cadarache, où l'on maîtrise les technologies du sodium.

Entre 1999 et 2002, l'expérience dite VKS 1 permet aux équipes de Stephan Fauve, de François Daviaud, du Service de physique de l'état condensé⁴ au CEA à Saclay, et de Jean-François Pinton, du Laboratoire de physique de l'ENS de Lyon⁵, de valider les grands principes nécessaires à la réussite de leur entreprise. Puis, à partir de 2005, VKS 2, une expérience nécessitant 300 kilowatts de puissance afin d'entraîner 160 litres de sodium, démarre. Courant 2006,  l'objectif est atteint. Non seulement un champ magnétique de 40 gauss – soit l'unité de mesure de l'intensité d'un champ magnétique, de l'ordre de 1 gauss pour la Terre – apparaît, mais il partage avec les dynamos planétaires des caractéristiques communes, ouvrant la voie à l'étude expérimentale de phénomènes géophysiques ou astrophysiques. Depuis, plusieurs résultats ont fait l'objet de publications importantes⁶. Parmi eux, l'observation expérimentale de renversements du champ magnétique… qui ne sont pas sans rappeler les inversions des pôles magnétiques de la Terre qui surviennent de manière aléatoire, tous les 100 000 ans environ.

Le pari n'était pas gagné d'avance. Pour Christian Chardonnet, « VKS est l'illustration de la capacité du CNRS à s'engager à long terme avec ses laboratoires partenaires sur des projets ambitieux et controversés ». Mais, comme le concluent l'ensemble des chercheurs de la collaboration, « la prise de risque était simplement proportionnelle à l'ambition scientifique et aux retombées attendues ».

Mathieu Grousson