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       - Un anticyclone géant  
    Hors série - Science & Vie - 1996-09-01      
    Elle n'a pas d'équivalent dans le système solaire. Depuis 1979, on l'a observée de plus près et on la connaît mieux. On a même pu, sur des ordinateurs, simuler ses conditions de stabilité. Son nom seul évoque le mystère : la Grande Tache rouge de Jupiter …  
    Tel l'oeil menaçant d'un cyclope, la Grande Tache rouge de Jupiter fascine les astronomes depuis plus de trois siècles. Témoignages de cette fascination, les explications qu'ils en ont données rempliraient à elles seules les pages d'une anthologie du fantastique volcan, corps flottant, océan, colonne de gaz surmontant un relief profond, et tant d'autres.  
    Les observations modernes, et en particulier les images détaillées des sondes Voyager, en 1979, ont mis fin à ces conjectures. Grande comme quatre fois la Terre, la Grande Tache rouge de Jupiter est un immense tourbillon atmosphérique, de nature anticyclonique. Les nuages y tournent dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, leur vitesse augmentant du centre vers le bord. La Grande Tache rouge n'est en fait que le plus grand d'une classe de phénomènes météorologiques joviens, également constitués d'autres tourbillons anticycloniques, dont les fameux ovales blancs de la ceinture sud-tropicale.  
    On sait, d'après les observations au sol, que, comparée à la zone sud-tropicale voisine, la Grande Tache rouge n'a pas toujours la même position en fonction du temps. Elle manifeste une certaine indépendance dans son comportement, elle est sujette à des sautes d'humeur. Outre de fréquentes oscillations de sa position moyenne selon des périodes de 90 jours, on a pu observer des mouvements plus irréguliers.  
    On ne connaît pas vraiment le secret de sa couleur, pas plus d'ailleurs que celui de la couleur des nuages de Jupiter. On pense toutefois que cette étonnante coloration rouge aurait pour cause la remontée de gaz profonds le long du tourbillon. Ce dernier se comporterait ainsi comme certains cyclones terrestres, en aspirant du gaz des profondeurs de Jupiter. Ces gaz emporteraient avec eux des éléments chromophores, ces colorants étant là simplement plus nombreux qu'aux alentours. Cette couleur, il faut d'ailleurs le préciser, varie selon les époques. Ces variations, toutefois, semblent davantage résulter de la présence épisodique de nuages au-dessus de la Grande Tache rouge que de facteurs morphologiques particuliers.  
    Pour comprendre un tant soit peu le comportement et la stabilité d'un tourbillon de grande taille dans une atmosphère, il faut faire appel à l'hydrodynamique des fluides en rotation. La rotation rapide de Jupiter (un tour complet en 9 h 56 mn), influe en effet de façon importante sur les mouvements des masses d'air.  
    En laboratoire, les expériences qui permettent de s'approcher, de très loin cependant, des conditions de la météorologie jovienne, concernent l'étude du mouvement d'un fluide dans une cuve en rotation. Elles ont démontré l'apparition, dans certaines conditions, d'un tourbillon de grande taille, qui "absorbe" les plus petits et se montre remarquablement stable dans le temps. Ce phénomène, comparable à la Grande Tache rouge, n'est donc pas exceptionnel. Il se produit naturellement, dans des conditions assez générales. Sa simulation sur ordinateur a permis à Joel Sommeria et à son équipe de l'Ecole normale supérieure de Lyon, de construire une théorie nouvelle capable d'expliquer la stabilité des tourbillons à deux dimensions flottant sur un fluide en rotation.  
    Expériences en laboratoire et simulations numériques ont aussi révélé une autre caractéristique importante de ces tourbillons. Ils ne sont stables et structurés que dans des situations désignées en termes savants de "turbulence bidimensionnelle". Lorsque les mouvements fluides sont pleinement tridimensionnels, c'est-à-dire quand ils se produisent à toutes les échelles et sont statistiquement identiques dans toutes les directions, on voit se produire une "cascade" de mouvements vers les petites échelles.  
    Les mouvements à grande échelle en font naître d'autres, plus petits, et ainsi de suite, jusqu'aux échelles microscopiques. Là, la viscosité entre en jeu pour les dissiper en produisant de la chaleur. Lorsque les mouvements fluides sont confinés à deux dimensions -ce que la rotation permet de faire puisqu'elle génère une force centrifuge qui s'oppose à la formation de mouvements radiaux -on observe deux types de "cascades". L'une vers les petites échelles dissipatives, comme dans la turbulence tridimensionnelle; l'autre en sens inverse : elle fait croître des petits tourbillons vers les plus grands. On voit ainsi se former des tourbillons à grande échelle, qui s'alimentent en phagocytant de plus petits qu'eux tout en restant dynamiquement stables contre la dissipation.  
    Ces caractéristiques sont bien celles qu'on retrouve dans la Grande Tache rouge de Jupiter. Cette dernière, un grand tourbillon se produisant dans un courant peu profond de l'atmosphère supérieure de la planète, ne serait donc qu'un cas particulier d'un phénomène beaucoup plus général de l'hydrodynamique.  
    Reste pourtant une question pourquoi est-elle la seule en son genre dans le système solaire ? On ne trouve nul tourbillon de taille comparable sur Saturne. Quant à la Grande Tache brune de Neptune, un moment comparée à celle de Jupiter, elle semble avoir aujourd'hui disparu, comme le montrent les récentes images reçues du telescope spatial.  
    La Grande Tache rouge de Jupiter conserve donc une part de mystère, que les observations effectuées par l'orbiteur Galileo permettront peut-être de réduire.  
         
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