géomagnétisme nom masculin

géomagnétisme
nom masculin
Ensemble des phénomènes magnétiques liés au globe terrestre. (Synonyme : magnétisme
terrestre.)
Champ magnétique terrestre
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 s., 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.
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 appeléemagnétosphère. 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 s., 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 avant 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.