The VKS experiment: turbulent dynamical dynamos

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. To cite this article: VKS Collaboration, C. R. Physique 9 (2008).

RésuméL'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. Pour citer cet article : VKS Collaboration, C. R. Physique 9 (2008).