le magnétisme terrestre

le magnétisme terrestre
Références
Légende
Déclinaison et inclinaison magnétiques
L'intensité du champ magnétique terrestre
Champ magnétique terrestre dans l'espace
Origine du magnétisme terrestre
· Variations au cours du temps du champ magnétique terrestre
Prospection magnétique et magnétoélectrique
Le magnétisme et les organismes vivants
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La manifestation la plus évidente de l'existence d'un magnétisme
terrestre (on dit aussi géomagnétisme) est la réaction d'une boussole,
c'est-à-dire d'une aiguille aimantée libre de se mouvoir autour d'un
axe. En tout point du globe terrestre ou de l'atmosphère, la pointe
«nord» d'une telle aiguille s'oriente vers un point de la zone polaire
boréale (actuellement situé au Canada, à 73° de latitude nord et 100°
de longitude ouest); c'est donc que la Terre crée un champ
magnétique.
Déclinaison et inclinaison magnétiques
L'angle formé par la direction du nord magnétique donné par la
boussole et par celle du nord géographique est la déclinaison
magnétique (D). Cet écart était connu des grands navigateurs
du XVe siècle, qui espéraient pouvoir faire le point en mer
(surtout lors de longs voyages) grâce à la connaissance de la
déclinaison. Mais leur espoir fut déçu, car la déclinaison ne
suit pas une loi parfaitement régulière: en effet, on peut définir
un axe magnétique de la Terre qui coupe sa surface aux pôles
nord et sud magnétiques, mais ceux-ci sont situés à environ
1 500 km des pôles géographiques. Ainsi, suivant les lieux, la
déclinaison est-elle positive ou négative (pôle Nord
géographique à l'est ou à l'ouest du pôle magnétique) et peut-
elle atteindre une vingtaine de degrés; de plus, les
hétérogénéités de l'écorce terrestre créent des variations locales
plus ou moins importantes.
Il faut naturellement tenir compte de la déclinaison magnétique
lorsqu'on fait le point en mer avec une boussole. Les cartes
marines et terrestres donnent la valeur de la déclinaison lors de
l'établissement de la carte.

Une boussole mobile autour d'un pivot horizontal s'incline en
formant un certain angle avec le sol: le champ magnétique
terrestre n'est pas horizontal. On ne tient pas compte de cet
angle, l'inclinaison (I), en navigation, mais il permet – avec la
déclinaison (D) – de caractériser la structure du champ
magnétique terrestre. Celui-ci, en un lieu et à un moment
donnés, est aussi défini par son intensité (F).
L'intensité du champ magnétique terrestre
Lorsqu'une boussole est écartée de sa position d'équilibre, elle
oscille. La mesure de la période de ces oscillations permet de
déterminer l'intensité du champ magnétique auquel est soumise
l'aiguille. Le mathématicien allemand Carl Friedrich Gauss
montra le premier dans les années 1830 comment mesurer le
champ magnétique terrestre de manière à pouvoir comparer les
mesures faites en des endroits différents. Il créa un réseau
international d'observation afin de vérifier si le champ
magnétique terrestre correspondait bien à ses calculs
théoriques. Il établit en effet que le globe terrestre peut être
représenté par un aimant situé au centre de la Terre et orienté
suivant un axe voisin de celui des pôles magnétiques. Il faut
ajouter au champ magnétique terrestre une série d'autres
sources magnétiques de directions variées, beaucoup moins
puissantes.
Le magnétisme
terrestre, Carl
Friedrich Gauss à
l'observatoire de
Göttingen
Champ magnétique terrestre dans l'espace
On a longtemps pensé que le champ magnétique terrestre
s'étendait dans l'espace interplanétaire, vide de toute matière.
Mais, depuis les années 1960, la mesure du champ magnétique
à bord de sondes et de satellites a révélé qu'il est limité à une
certaine partie de l'espace entourant la Terre, qu'on a appelée
magnétosphère. En effet, la Terre est plongée dans le vent
solaire, formé de particules électriquement chargées émises par
le Soleil dans toutes les directions. Ce vent solaire électrisé,
qui contourne la Terre, déforme les lignes du champ terrestre
et limite son extension à l'intérieur de la magnétosphère, qui
présente un volume en forme de larme pointue.
Origine du magnétisme terrestre
Comme tous les champs magnétiques, celui de la Terre est dû
à des courants électriques. On pense que les courants sont

déterminés par les mouvements de la couche liquide qui se
trouve dans le noyau externe (entre 2 900 et 5 100 km de
profondeur). Les particules chargées qui se trouvent dans cette
couche liquide à haute température créeraient, grâce à des
mouvements de convection, un effet comparable à celui d'une
dynamo. Néanmoins le problème est loin d'être résolu, car à ce
champ magnétique global se superposent les effets des roches
magnétiques situées à faible profondeur.
Variations au cours du temps du champ magnétique
terrestre
Depuis le XVIIe siècle, on sait que le champ magnétique
terrestre varie avec le temps. Constructeurs d'instruments et
physiciens ont cherché à déterminer si ces variations se
produisent de façon régulière, journalière, annuelle ou sur de
plus longues périodes. Mais le champ magnétique terrestre
évolue de manière complexe. Ses variations sont aujourd'hui
enregistrées en permanence dans plus de deux cents
«observatoires magnétiques» répartis à la surface du globe.
Si l'on calcule les moyennes annuelles du champ magnétique
en un endroit, on obtient des valeurs qui varient peu d'une
année à l'autre, contrairement aux moyennes météorologiques.
Le champ moyen en un lieu donné varie lentement d'année en
année, et cette variation est liée, pour l'essentiel, à l'évolution
des courants à l'intérieur du globe. Mais, sur des échelles de
temps plus importantes – comme le siècle –, les variations
peuvent atteindre une certaine ampleur; c'est le phénomène de
variation géomagnétique séculaire: ainsi, l'intensité du
magnétisme terrestre a diminué approximativement de moitié
depuis 600 av. J.-C.; à Paris, la déclinaison magnétique, qui
était de 10° est vers 1600, passa progressivement à 22° ouest
en 1800 pour revenir à 4° ouest en 1980. Des inversions des
pôles magnétiques, le pôle nord devenant pôle sud et
inversement, se sont même produites à de nombreuses reprises
au cours des temps géologiques.
En l'espace de quelques milliers d'années, le champ
magnétique bascule puis reste à peu près stable durant des
périodes de cent mille à quelques millions d'années. Ces
étonnantes variations ont été déterminées grâce à l'étude des
roches volcaniques ou des poteries archéologiques. En effet,
les laves s'épanchent à une température supérieure aux points
de Curie des minéraux magnétiques présents dans cette lave.
En se refroidissant, ces minéraux s'aimantent selon la direction

et l'intensité du champ magnétique terrestre local de l'époque;
cette aimantation thermorémanente, sorte de «mémoire
magnétique», subsiste tant que la pierre n'est pas réchauffée à
une température qui pourrait faire perdre leur propriété
magnétique à ses grains ferromagnétiques. On peut donc
connaître le champ magnétique terrestre à l'époque du
refroidissement de la lave.
Inversement, l'étude de l'aimantation fossilisée, le
paléomagnétisme, peut renseigner les géologues sur l'histoire
de la Terre. Ainsi, par l'étude comparée de magnétisme ancien
dans des roches de continents différents et de même période, la
dérive des continents a pu être confirmée.
Les petites variations qui se superposent au champ moyen sont
étudiées avec des magnétomètres, à protons par exemple, qui
mesurent l'intensité du champ magnétique au dix-millionième
près. Contrairement aux variations lentes du champ moyen,
elles sont dues le plus souvent à des causes extérieures au
globe terrestre, essentiellement à l'action du Soleil. Il y a des
variations régulières, comme les variations diurnes, mais aussi
des variations brutales et inattendues, des «orages
magnétiques», qui provoquent les aurores boréales. Les
éruptions de la couronne solaire qui perturbent le vent solaire
sont la cause essentielle de ces variations.
Prospection magnétique et magnétoélectrique
Les mesures locales du champ magnétique terrestre, qui se font
actuellement en avion, mettent en évidence des anomalies
magnétiques. Elles résultent de l'existence dans le sous-sol de
roches possédant différentes aimantations. Elles sont
particulièrement importantes dans les régions volcaniques;
ainsi, au sommet du puy de Dôme, la déclinaison varie de 6°
sur une distance de 150 m. Aux endroits où la foudre est
tombée, les roches sont souvent fortement aimantées par le
champ magnétique créé par le courant électrique de la
décharge, et les variations locales peuvent être très fortes.
Associée à d'autres méthodes de prospection, la méthode
magnétique participe à la recherche des gisements de pétrole,
laquelle représente 97 % du chiffre d'affaires de la prospection
géophysique industrielle. En archéologie, des mesures faites
sur des petites distances permettent de détecter des masses de
terres cuites enterrées (fours, murs...).

Une autre méthode de prospection utilise les variations rapides
du champ magnétique terrestre. Le sol étant légèrement
conducteur, les variations du champ magnétique terrestre
induisent dans le sol des courants électriques de très faible
intensité, appelés courants telluriques. Le rapport entre les
courants telluriques et les variations du champ magnétique
terrestre dépend naturellement de la conductibilité électrique
du sous-sol. De la mesure du champ magnétique et des
courants telluriques on peut tirer des informations sur la
conductibilité du sol et du sous-sol, et par suite sur la
composition de ce dernier. Ainsi, il est possible de distinguer
le socle cristallin, qui est en général moins bon conducteur que
les roches sédimentaires.
Le magnétisme et les organismes vivants
Ce qu'on a appelé jusqu'à la fin du siècle dernier «magnétisme
animal» désigne les attouchements ou les impositions, avec ou
sans aimants, censés guérir toutes sortes de maladies. À la
veille de la Révolution française, un médecin, l'Allemand
Franz Mesmer, installé à Paris en 1778, consacra d'importants
travaux au magnétisme animal; une commission nommée par
l'Académie des sciences, comprenant le chimiste Antoine
Laurent de Lavoisier et le naturaliste Antoine Laurent de
Jussieu, conclut alors à «un pur effet de l'imagination». Ces
pratiques sont aujourd'hui considérées comme relevant de
l'hypnose. Il ne faut pas confondre les magnétiseurs qui
s'adonnent à ces pratiques avec les magnéticiens qui étudient
les propriétés du magnétisme!
Un magnétisme, très faible, existe cependant dans les corps
vivants. Avec des détecteurs très sensibles, comme les sondes
à effet Hall ou les SQUID supraconducteurs, on a pu évaluer le
champ magnétique du cœur humain à environ un millionième
du champ magnétique terrestre. L'hypothèse a été formulée
que l'orientation des oiseaux migrateurs pourrait se faire en
partie grâce aux faibles quantités de magnétite détectées dans
leur cerveau.
Comment retrouver le nord ?
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