L’origine des planètes demeure, à ce jour, encore mystérieuse. En effet, les grains de poussière qui en sont les constituants fondamentaux gagnent plus de 12 ordres de grandeur en taille pour former les cœurs planétaires au sein des disques protoplanétaires. La coagulation des grains est très certainement responsable de la croissance du micron au centimètre tandis que des instabilités dynamiques permettraient la formation des planètes à partir des grains centimétriques. Les observations récentes de protoétoiles en formation nous indiquent que la coagulation des grains pourrait être importante avant même la formation des disques, ce qui contredit les prédictions théoriques actuelles.
Découvrir un canal permettant la formation rapide de ces gros grains est l’un des objectifs des simulations réalisées dans le cadre du projet « l’aube des planètes ». La turbulence est très probablement le moteur principal de la coagulation des grains. Les modèles théoriques « état de l’art » de collisions dans la turbulence peinent à expliquer la formation de gros grains avant la naissance des disques. Mais ils négligent un point fondamental de la dynamique des grains : la concentration des poussières peut être sujette à variation !
Pour améliorer ces modèles, nous nous sommes intéressés à l’évolution dynamique de mélanges gaz-poussière avec turbulence forcée à l’aide de simulations réalisées avec le code communautaire RAMSES. Ces simulations ont mis à jour un découplage important des grains qui peuvent se concentrer fortement dans des conditions proches de celles des environnements proches des protoétoiles. Ce découplage pourrait être la clé vers plus de coagulation car il permet naturellement d’observer plus de collisions entre les grains. À l’aide de ces nouvelles simulations, nous avons pour objectif de développer un nouveau modèle théorique de croissance et concentration des grains dans la turbulence qui pourra être utilisé dans le contexte de la formation planétaire.
Figure 1 : Cartes de densité de colonne du gaz (à gauche) et de la poussière (à droite) pour l’une des simulations du projet. Nous observons un fort découplage entre le gaz et la poussière. Cette dernière se concentre de manière privilégiée dans certaines zones de l’écoulement, favorisant les collisions entre les grains.