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Basile Gallet : Surfer sur la dynamique des fluides

Portraits de chercheurs Article publié le 26 février 2021 , mis à jour le 26 février 2021

Basile Gallet est chercheur au Service de physique de l'état condensé (SPEC - Université Paris-Saclay, CEA, CNRS) où il dirige l’équipe « dynamique des fluides géophysiques ». Il étudie la dynamique des écoulements naturels turbulents, que l’on trouve sur Terre, sur mer ou dans l’atmosphère : champs magnétiques planétaires et stellaires, vagues à la surface des océans, transport de chaleur dans l’atmosphère… Il les modélise et les reproduit en laboratoire pour mieux les comprendre. Rien ne résiste à la curiosité scientifique de ce jeune physicien, lauréat en 2020 du prix Jacques Herbrand de l’Académie des sciences.

Né de parents médecins, brillant élève, Basile Gallet entre à l’ENS Paris après ses classes préparatoires à Versailles. Attiré par « l’effet dynamo » (champ magnétique engendré par l’écoulement interne à une étoile ou une planète), il part effectuer son stage de Master en astrophysique à Hawaï. « J’ai toujours eu envie de démystifier le côté magique des phénomènes naturels », raconte le chercheur. En 2007, alors qu’il est en thèse au laboratoire de physique statistique de l’ENS, il participe, en collaboration avec l’ENS Lyon et le CEA Saclay, à l’une des trois expériences uniques au monde qui a réussi à reproduire en laboratoire le champ magnétique terrestre. « L’idée est que si on mélange un métal liquide très fort, avec une puissance équivalente à une ou deux voitures, le fluide produit spontanément du champ magnétique et du courant électrique. » 

Basile Gallet conserve un souvenir ébloui de cette expérience hors norme. « C’était extraordinaire pour un jeune chercheur qui n’avait jusqu’alors abordé la recherche que de manière très théorique. Nous devions enfiler une combinaison anti-feu, communiquer par radio, relever des mesures tous les jours… » Il soutient ensuite sa thèse en 2011 puis effectue deux post-docs. Le premier en océanographie au Scripps Intuition of Oceanography (San Diego, Californie) ; le second au laboratoire FAST de l’Université Paris-Sud, à la suite duquel il est directement recruté au CEA en décembre 2013.

Les écoulements turbulents 

Le chercheur a élargi aujourd’hui ses recherches à différents modèles d’écoulements naturels, atmosphériques ou océaniques, qualifiés de « turbulents », car il est impossible de prédire leurs mouvements erratiques. « Le mouvement d’une balle lancée en l’air est simple et facile à prédire. Mais il n’y a qu’à observer l’eau s’écouler dans l’évier pour saisir la complexité des écoulements fluides, explique Basile Gallet. Le mouvement de l’eau semble incohérent et complètement imprévisible ! » Pour les étudier et les comprendre, Basile Gallet fait donc converger trois approches : théorique, expérimentale et numérique. « Même si nous connaissons les équations depuis des siècles, elles sont encore impossibles à résoudre exactement. » Sans les remettre en cause, il les aborde par leurs solutions, c’est-à-dire en caractérisant le phénomène physique observé. Depuis peu, Basile Gallet utilise en plus la puissance des supercalculateurs pour résoudre des systèmes rendus incroyablement complexes par la diversité de tailles des structures tourbillonnaires de l’écoulement. Son idée est de simplifier leurs modèles, comme l’ont fait les physiciens avec la thermodynamique pour la compréhension des systèmes formés d’un grand nombre de particules. « Ils ont décrété que la température et la pression suffisaient pour décrire l’air qui nous entoure. Mon objectif est de faire la même chose pour les écoulements turbulents, en introduisant quelques paramètres simples dans les équations (qu’on appelle alors « constitutives »), comme la manière dont ils vont transporter la chaleur, dissiper l’énergie, ou capturer le CO2 atmosphérique ».

Prédire les vagues à la surface de l’océan 

Depuis 2018, Basile Gallet est lauréat d’une ERC Starting Grant pour le projet FLAVE, dont le principal objectif est d’étudier l’interaction des écoulements turbulents avec des ingrédients naturels géophysiques ou astrophysiques, tels leur sensibilité à la rotation de la Terre, ou les interactions des ondes des surfaces, les vagues, avec les écoulements sous-jacents de l’océan. « Nous ne comprenons pas encore très bien certains phénomènes de dynamique des fluides pour lesquels il est nécessaire de réaliser un travail à la fois théorique et expérimental. » Le chercheur s’intéresse particulièrement à la propagation des vagues à la surface de l’océan, l’influence des vents et des courants, ou encore la présence de fortes houles. « Historiquement, l’étude de la propagation des vagues date de la Seconde Guerre mondiale, dans le cadre du Débarquement sur les plages de Normandie, précise le physicien. Aujourd’hui, elle est utile, par exemple, pour anticiper le déplacement du continent de plastiques qui flotte à la surface des océans. » 

Une nouvelle science ?

Pourtant, Basile Gallet se défend de faire de la recherche appliquée. « Je garde l’œil ouvert mais ce n’est pas demain que je vais déposer un brevet. Pour le moment, il s’agit de physique fondamentale. Je cherche à établir des modèles idéalisés de dynamique des fluides géophysiques pour les implémenter ensuite dans des modèles climatiques ou planétaires. » Fort de sa double expertise théorique et expérimentale qui rend possible l’utilisation d’un vaste spectre d’outils, le chercheur conjugue physique et mathématiques. « Au départ, de brillants mathématiciens sont parvenus à résoudre les équations dans des situations très idéalisées. Mais ils ne pouvaient pas aller plus loin, n’ayant pas vu à quoi ressemblent vraiment les solutions des équations. Ensuite, la simulation numérique est apparue, avec la promesse de répondre à toutes nos questions, jusqu’à rendre les approches théoriques ou expérimentales obsolètes, développe le chercheur. Aujourd’hui la puissance de calcul numérique ne permet pas de simuler parfaitement la complexité des écoulements climatiques, planétaires ou stellaires, mais elle simule brillamment les situations idéalisées qui, en conjonction avec l’expérience de laboratoire, guident l’intuition du théoricien. » 

Success story saclaysienne

Encouragé très tôt dans sa carrière, notamment par l’obtention d’une chaire junior dans le cadre du Labex PALM, Basile Gallet a déjà à son actif quelques belles récompenses scientifiques. Le prix Jacques Herbrand 2020 (qui distingue des jeunes chercheurs de moins de 35 ans), lui procure un grand plaisir, la reconnaissance de ses pairs et la confirmation que ses pistes de recherche sont pertinentes. « Je fais un métier incroyable. Quelle liberté de pouvoir laisser courir sa curiosité, se poser des questions et parvenir à y répondre ! »