Les cyclones des pôles de Jupiter reproduits en laboratoire

En 2017, la mission spatiale Juno de la Nasa a fourni pour la première fois des images rapprochées des pôles de Jupiter. Ces clichés ont révélé des structures singulières : au pôle Nord, un cyclone central entouré de 8 cyclones, et au pôle Sud un motif similaire mais avec seulement 5 cyclones périphériques. Le diamètre de chaque cyclone mesure 2500 à 3000 km. À chaque pôle, les cyclones adoptent un arrangement géométrique stable, appelé cristal de cyclones, animé d'un mouvement de rotation d'ensemble vers l'ouest.
Différents modèles de ce phénomène ont été élaborés. Dans le plus avancé, la position stable des cyclones résulte d'un équilibre entre une force d'attraction vers le pôle (liée à la rotation de la planète) et des interactions répulsives entre les cyclones (dues à une bande anti-cyclonique autour de chaque cyclone). Ce modèle prédit correctement le nombre de cyclones sur chaque pôle, ainsi que la direction de rotation du ''cristal'' de cyclones.

Ces recherches ont été menées par :

• Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHÉ, Aix-Marseille Université/Centrale Méditerranée/CNRS)

Des scientifiques ont mis au point un dispositif expérimental qui reproduit en laboratoire le phénomène observé aux pôles de Jupiter, et permet de confirmer empiriquement les résultats de ce modèle théorique. Le modèle de laboratoire est constitué d'un fluide stratifié en deux couches, dans un réservoir de 1,5 mètre de hauteur et d'environ 1 mètre de diamètre. Un volume d'eau salée (67 cm de hauteur) est surmonté d'une mince couche (3 cm) d'eau douce. L'ensemble est placé sur une table en rotation (20 tours/mn). Un dispositif de vélocimétrie par images de particules permet de visualiser les courants à la surface du fluide, dont les mouvements sont captés par une caméra.

Après la phase de démarrage, l'équilibre entre les forces de gravitation et centrifuge induit une déformation parabolique de la surface libre du fluide, qui imite la courbure observée à proximité des pôles dans l'atmosphère d'une planète en rotation, et constitue ainsi un modèle satisfaisant des courants atmosphériques polaires. Pour engendrer des cyclones, trois tubes sont enfoncés d'un centimètre dans la mince couche d'eau supérieure, chacun étant relié à une pompe. L'aspiration, couplée avec la rotation du fluide, crée trois tourbillons simultanés. Les expérimentations ont reproduit la formation spontanée des ''cristaux'' de cyclones, comme observée aux pôles de Jupiter. Couplé avec un modèle théorique, le dispositif expérimental a permis de tester l'influence des différents paramètres. Ainsi, la distance d'équilibre entre les cyclones et le pôle augmente avec le nombre de cyclones, tandis que cette même distance détermine le sens de rotation (vers l'ouest ou vers l'est) du cristal de cyclones.

La prochaine étape de l'étude consistera à modifier le dispositif expérimental, afin de réaliser l'émergence spontanée des tourbillons, et de reproduire ainsi l'ensemble du phénomène observé sur Jupiter. Par ailleurs, un dispositif de plus grande taille permettrait d'obtenir un plus grand nombre de cyclones, conforme à ce qui est observé sur les pôles de Jupiter.

Références
A laboratory model for Jovian polar vortex crystals.
Djihane Benzeggouta, Benjamin Favier, Michael Le Bars.
Earth and Planetary Science Letters, publié le 09 février 2026
https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.119877