La terre va-telle perdre le nord?

Vers une nouvelle inversion du champ magnétisme terrestre

 

La découverte de champ magnétique terrestre

Bien que les Chinois aient découvert les premiers le magnétisme terrestre dès l'an 1040, il revient à William Gilbert, physicien et médecin de la reine Elisabeth I d'Angleterre au 16e siècle, d'avoir réalisé que si l'aiguille aimantée d'une boussole pointe invariablement vers le Nord, c'est qu'il y a quelque chose, une sorte d'aimant placé au centre de la terre, et qu'il devient possible de calculer la direction et l'intensité du champ magnétique en tout point de la surface du globe. Dès 1 600, il publia un traité intitulé De Magnete dans lequel il explique les grands principes du champ magnétique terrestre.

 

L’origine du champ magnétique terrestre

Aujourd’hui, on sait localiser le moteur du champ magnétique. Il se situe dans le noyau de la Terre, à 2 900 kilomètres sous nos pieds.
Le champ magnétique terrestre est généré par les mouvements du noyau externe, une couche liquide principalement constituée de fer et de nickel et située entre le coeur solide du noyau, la graine, et le manteau terrestre. La solidification progressive de la graine causerait des irrégularités chimiques et thermiques dans le noyau liquide, donc des différences de densité. Celles-ci seraient à l'origine de puissants mouvements de convection au sein du noyau interne. Le fer étant un excellent conducteur d'électricité, ces écoulements engendreraient des courants électriques capables de générer un champ électrique. Parce que la Terre, avec son noyau, tourne sur elle même, le champ magnétique induit à son tour des courants électriques dans le noyau, à l'instar d'une dynamo de vélo. Au final, le système s'auto-entretient, d'où son appellation de "géodynamo auto-excitée".

De manière simple, on peut dire que le champ magnétique terrestre est comparable à un barreau magnétique placé au centre de la Terre.

L'ensemble des lignes de champ magnétique de la Terre situées au-dessus de l'ionosphère, soit à plus de 1000 km, est appelé magnétosphère. L'influence du champ magnétique terrestre se fait sentir à plusieurs dizaines de milliers de kilomètres.

 

Les inversions du magnétisme terrestre

Le champ magnétique terrestre s'inverse durant des périodes allant de la dizaine de milliers à de nombreux millions d'années, avec un intervalle moyen de 250 000 ans environ. La dernière modification est peut-être survenu il y a 780 000 ans. Ce dernier changement a été nommé l'inversion Brunhes-Matayama. Les inversions passées sont gardées en mémoire dans la polarité des roches magmatiques

Un historique détaillé de ces inversions de polarité a été établi sur les 7 derniers millions d'années. Il révèle que les inversions importantes se produisent approximativement tous les 500 000 ans.

Le voyage du pôle ne durerait que quelques milliers d’années, un bref instant, à l’échelle des temps géologiques.

Le mécanisme responsable de cette inversion géomagnétique n'est pas encore bien compris. Certains scientifiques ont produit des modèles du noyau de la Terre dans lequel le champ magnétique est quasi stable et pour lesquels la direction des pôles peuvent migrer spontanément d'une orientation à l'autre durant une période très courte de quelques centaines à quelques milliers d'années.

Les inversions magnétiques remontant jusqu'à 330 millions d'années ont été documentées. Depuis cette époque, plus 400 inversions ont eu lieu, en moyenne une à tous les 700 000 ans environ. Toutefois, l'intervalle entre les inversions n'est pas constant. Il varie de moins de 100 000 ans à des dizaines de millions d'années. Récemment — géologiquement parlant — le champ magnétique s'est inversé en moyenne à tous les 200 000 ans et la dernière remonte à 780 000 ans. Lors de cette inversion, le champ géomagnétique est passé d'un état «inversé» à l'«état normal» actuel.

 

http://www2.cnrs.fr/presse/communique/699.htm

Paris, 8 juin 2005

Deux millions d'années de variations du champ magnétique terrestre


Pour tenter d'éclaircir le mystère non résolu de l'origine des inversions du champ magnétique terrestre, des chercheurs de l'Institut de physique du globe de Paris (CNRS - Université de Paris 7) (1)et du Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (CNRS-CEA) ont étudié la variation de l'intensité du champ magnétique dipolaire au cours des deux derniers millions d'années. Ils ont analysé des sédiments provenant de différents bassins océaniques répartis autour du globe. Les résultats, publiés dans la revue Nature du 9 juin, révèlent de nouvelles propriétés du champ magnétique associées aux inversions.

Le champ magnétique terrestre, que l'on assimile à un dipôle à la surface de la Terre (dont les pôles attirent la pointe aimantée de la boussole), ne cesse de varier au cours du temps au point de pouvoir s'inverser fréquemment à l'échelle des temps géologiques : le pôle nord passant au sud et réciproquement. Cette particularité bien connue en géologie a permis d'établir une échelle de temps utilisée pour dater les roches. L'origine et les mécanismes associés à ces inversions restent à éclaircir. On sait que le champ magnétique est induit par des courants animant l'alliage de fer et de nickel en fusion qui constitue la partie liquide du noyau de la Terre. C'est ce que l'on appelle la dynamo terrestre. On pense que si le champ varie à la surface de la Terre, c'est vraisemblablement que les courants du noyau liquide, situé à plus de 2900 km de profondeur, ne sont pas stables. Que se passe-t-il dans le noyau qui provoque une inversion du champ magnétique ? On ne le sait pas encore. Pour tenter d'élucider ce mystère qui mobilise les spécialistes de tous pays depuis des décennies, deux voies complémentaires sont possibles : la modélisation numérique ou expérimentale et l'analyse précise des variations du champ magnétique au cours du temps.

C'est cette dernière voie qu'ont choisie Jean-Pierre Valet et ses deux collègues Laure Meynadier et Yohan Guyodo depuis plusieurs années. Ils ont analysé finement les variations du champ magnétique enregistrées par l'aimantation des sédiments marins provenant de différents bassins océaniques répartis autour du globe. Pour la première fois, ils viennent de reconstituer l'évolution de l'intensité du champ dipolaire à l'échelle globale au cours des deux derniers millions d'années. Cette intensité fluctue considérablement au cours du temps, même entre deux inversions quand le dipôle est considéré comme étant stable. Les chercheurs ont observé différentes périodes correspondant à des intensités moyennes  du dipôle sensiblement différentes. Ils montrent que plus cette intensité moyenne est faible, plus la fréquence des inversions est grande : en effet, pendant ces périodes de faible intensité moyenne le champ continue à fluctuer avec la même amplitude. Il atteint donc d'autant plus fréquemment des valeurs très faibles. C'est alors que des instabilités importantes peuvent aboutir à un renversement du pôle. Au cours de ces deux millions d'années plusieurs inversions se sont produites. Pour chacune d'elles les chercheurs ont constaté un comportement systématique : l'intensité diminue régulièrement avant chaque inversion pendant 60 à 80 mille ans, puis augmente très rapidement lorsque le renversement est achevé. Cette dissymétrie témoigne de mécanismes différents qui restent à comprendre lors de ces phases de dégradation et de régénération du champ.

 Ces observations sont précieuses pour les modélisateurs qui doivent les confronter aux résultats des modélisations numériques de la dynamo terrestre et parvenir à comprendre les mécanismes des inversions.

 

Vers une nouvelle inversion 

Aujourd'hui, le champ géomagnétique total est devenu plus faible que ce qu'il devrait être. Si cette tendance se poursuit, cela causera un désastre vers les années 4000 environ. D'autres sources placent cette date plus proche de nous, vers les années 3000. Cette déterioration a commencé il y a approximativement 150 ans et s'est accélérée ces dernières années. Depuis, la force du champ magnétique terrestre a décrue de 10 à 15%. Cependant, personne n'est sûr que la diminution de ce champ continuera dans le futur. Comme jamais personne n'a observé ces inversions et comme le mécanisme de génération du champ magnétique n'est toujours pas bien compris, il est difficile de dire si ces observations conduiront à une inversion.

Afin de mieux comprendre la formation et l'évolution des zones de flux inversé, les géophysiciens simulent la dynamo terrestre à l'aide de superordinateurs et d'expériences de laboratoire. L'ère des simulations numériques de la géodynamo et du champ terrestre a commencé en 1995, avec les travaux de trois équipes – celles d'Akira Kageyama, de l'Université de Tokyo, celle de Paul Roberts, de l'Université de Californie à Los Angeles (en collaboration avec G. Glatzmaier) et celle de Christopher Jones, de l'Université d'Exeter en Angleterre. Depuis, des simulations couvrant des centaines de milliers d'années ont démontré que la convection peut effectivement engendrer des zones de flux inversé à la frontière noyau-manteau semblables à celles des cartes magnétiques établies par satellites. Ces zones apparaissent souvent avant une inversion spontanée du dipôle magnétique, basculement que certaines simulations reproduisent aussi.


La simulation des inversions de polarité (d'après un article de la revue "pour la science" n°331 -mai2005 )
Aujourd'hui, les simulations de la géodynamo en trois dimensions parviennent à reproduire des inversions spontanées du dipôle magnétique de la Terre. Les cartes ci-dessous illustrent une inversion obtenue lors d'une simulation. L'inversion, d'une durée de 9000 ans, est représentée par des cartes de la composante verticale du champ magnétique à la surface de la Terre (cartes supérieures) et à l'interface noyau-manteau (cartes inférieures).
Les cartes magnétiques ci-dessus montrent l'évolution géographique du champ magnétique terrestre pendant l'inversion. Initialement (a), la polarité est normale, bien que la différence entre l'hémisphère Sud et l'hémisphère Nord soit moins bien définie à la surface du noyau. Quelque 3 000 ans plus tard (b), le début de l'inversion se manifeste par l'apparition de plusieurs zones de flux magnétique inversé à la surface du noyau liquide (du bleu au Sud et du jaune au Nord). Le processus d'inversion bat son plein après 6000 ans (c); à la surface du noyau liquide, les zones de flux inversé ont commencé à dominer les surfaces où subsiste la polarité d'origine, tandis qu'à la surface de la Terre, l'inversion semble déjà complète. Toutefois, il faut attendre encore 3 000 ans pour que le dipôle terrestre soit complètement inversé au niveau du noyau liquide (d).

 

Ces cartes du champ magnétique à la surface du noyau, plus précisément de sa composante verticale sur cette surface, ont été établies à l'aide de satellites. On peut les extrapoler pour cartographier le champ régnant à la limite entre le noyau et le manteau. Elles montrent que dans l'hémisphère Sud, le champ magnétique pointe presque toujours vers l'extérieur de la Terre, tandis que c'est le contraire dans l'hémisphère Nord. Dans quelques régions atypiques, l'orientation est opposée. Or ces régions de flux inversé ont proliféré depuis 1980. Si le phénomène se poursuit au point que les régions de flux inversé englobent les pôles, la polarité du champ magnétique terrestre s'inversera. Des centaines de telles inversions se sont produites au cours des 150 derniers millions d'années , et certainement avant aussi.

 

 

BIBLIOGRAPHIE ET LIENS

La recherche n°390 - octobre2005 (http://www.larecherche.fr/ )

Pour la science n°331- mai 2005 ( http://www.pourlascience.com/)

http://gsc.nrcan.gc.ca/geomag/field/reversals_f.php

http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s1/magnetisme.terr.html

http://www.ipgp.jussieu.fr/francais/rub-recherche/eq17paleomagnetisme/themrech17.html

http://fr.wikipedia.org/wiki/Inversion_du_champ_magn%C3%A9tique_de_la_Terre