i. origine du champ magnetique terrestre

I. ORIGINE DU CHAMP MAGNETIQUE TERRESTRE
Le champ magnétique terrestre est la conjugaison de deux types de champs magnétiques :
- le champ magnétique dipolaire
- les champs magnétiques non dipolaires
Le champ magnétique terrestre provient :
- à 1% des mouvements de particules électriquement chargées dans la magnétosphère
ainsi que dans l’ionosphère (champs externes)
- à 99% de l’intérieur de la Terre, qui lui-même est composé (champs internes) :
- à 90% du champ magnétique principal (dynamo en auto-excitation
provoquant un champ magnétique dipolaire)
- à 10% de champs magnétiques secondaires (champs magnétiques non
dipolaires).
La valeur du champ magnétique terrestre est de 5 x 10-5 Teslas, ou encore environ 0,5
Gauss (autre unité de mesure d’un champ magnétique). On ne peut pas définir cette valeur
exactement car elle change très souvent (les variations sont quand même infimes par rapport à
la valeur totale du champ).
a) Le champ magnétique principal (champ dipolaire)
Ce champ est dit dipolaire car il a deux pôles distincts : ce sont les pôles magnétiques
Nord (positif) et Sud (négatif).
La Terre a un champ magnétique dipolaire, très puissant, situé en son cœur. Elle possède
un aimant dipolaire dont le barreau serait placé en son centre. L’axe de ce dipôle perce la
surface terrestre au pôle nord magnétique et au pôle sud magnétique. C’est donc au niveau des
pôles magnétiques que convergent les forces du champ magnétique terrestre. Les pôles
magnétiques diffèrent des pôles géographiques du fait de l’inclinaison de 11° du barreau
magnétique terrestre par rapport à l’axe de rotation de la Terre.
Cet aimant dipolaire crée un champ magnétique permanent qui fonctionne sur le principe
d’une dynamo en auto-excitation. Ce principe est le suivant : la dynamo produit elle-même
l’énergie qui la fait fonctionner. Au cours de ce fonctionnement, des inversions du champ se
produisent : le pôle positif s’inverse avec le pôle négatif et vice-versa. Ces inversions sont
aléatoires et peu fréquentes (la dernière a eu lieu il y a 750 000 ans). S’ajoutent à ces
inversions des micros changements qui, eux, sont fréquents, et d’amplitude variables.
Il est extrêmement probable que les flux engendrant le champ magnétique proviennent de
mouvements de roches fluides (magma), car des mouvements de roches solides entraîneraient
l’explosion de la Terre.
Une question importante est à se poser : si le champ magnétique terrestre fonctionne sur le
principe d’une dynamo en auto-excitation, quel est le champ magnétique premier qui a lancé
la dynamo ? On pense qu’une éruption solaire très puissante pourrait être la cause du
démarrage de ce processus.
Cette aimantation de la Terre est démontrée dès le XVIIème siècle par William Gilbert.
Le champ magnétique terrestre est créé par le déplacement de métal liquide (en majorité
du fer) dans le noyau et le manteau terrestre. Ces mouvements engendrent des ondes
électromagnétiques qui constituent une sorte de bouclier contre les particules chargées
électriquement provenant de l’espace.
Le manteau est la partie de la Terre située entre la croûte (ou l’écorce terrestre) et le
noyau. Il mesure environ 2 900 km d’épaisseur et a une densité de 5 (celle de l’eau est de 1).
Composant 80% du volume de la planète, il est constitué de roches et de métal en fusion (plus
de 75% de fer). Ce magma est visqueux et peut atteindre la température de 3000° Celsius.
Le manteau peut-être divisé en 2 parties : le manteau inférieur et le manteau supérieur,
plus proche de la surface. Ce dernier est pratiquement liquide, contrairement au manteau
inférieur, qui lui est très visqueux (la différence d’état du magma provient des différences de
température et de pression).
1 : noyau interne solide
2 : noyau externe liquide
3 : manteau inférieur
4 : manteau supérieur
5 et 6 : croûte terrestre
Ce magma est parfois rejeté à la surface : lors d’éruptions volcaniques. On trouve deux
sortes de volcanisme. Le premier est dit de point chaud : les roches en fusion proviennent de
la limite entre le manteau inférieur et le noyau externe liquide. Le second rejette du magma
provenant du manteau supérieur.
Différentes théories ont existée sur la provenance du champ magnétique ; celle de Blackett
(milieu du XXème siècle) dit que tous les corps en rotation dans l’espace possèdent et
entretiennent un champ magnétique. Celle de Louis Cagniard (physicien français), vers 1960,
suppose, elle, que seule la rotation terrestre entraine le mouvement de fluides électriques,
créant ainsi un dipôle.
Ces théories ont été abandonnées car on a constaté ultérieurement qu’elles utilisaient des
mesures fausses, et que le résultat des modélisations mathématiques ne concordait pas.
b) les champs magnétiques secondaires (champs
magnétiques non dipolaires)
Il existe différents types de champs magnétiques non dipolaires. Ils peuvent être soit
internes (à l’intérieur de la Terre), soit externes.
Ces champs sont dits non dipolaires car ils n’ont pas de pôles définis.
b.1 - LES CHAMPS MAGNETIQUES NON DIPOLAIRES INTERNES
Presque 10% du magnétisme terrestre provient de champs magnétiques secondaires sous
la croûte terrestre. Ces champs magnétiques non dipolaires sont causés par la présence de
roches magnétisées dans la croûte terrestre. Cette magnétisation de certaines roches est causée
par de violents coups de foudre : leur puissance est telle (plusieurs milliers d’Ampères) qu’ils
modifient la magnétisation de la roche sur une surface restreinte.
En effet, chaque roche est magnétisée : lors de l’éruption d’un volcan sous-marin par
exemple, les particules électriquement chargées des roches en fusion rejetées par le volcan
s’orientent en direction du pôle positif du champ magnétique dipolaire terrestre. Lorsque ces
roches se solidifient, elles gardent l’orientation prise. On peut donc observer à certains
endroits que sont intercalés des « bandes » de roche avec une orientation qui diffère en
fonction de leur âge, permettant ainsi de prouver les inversions du champ magnétique.
Les variations du champ magnétique provoquent aussi dans le sol des champs telluriques.
Chaque roche est en effet légèrement magnétisée, car elle contient de micros fragments de
métaux et cette magnétisation permet la présence de champs telluriques.
b.2 - LES CHAMPS MAGNETIQUES NON DIPOLAIRES EXTERNES
La magnétosphère (zone autour de la Terre où s’exercent les courbes du champ
magnétique principal terrestre) protège la surface de la Terre des particules électriquement
chargées provenant d’éruptions solaires. Du fait de nombreux mouvements dans cette zone,
des micros champs magnétiques sont créés. Ces petits champs sont instables et n’ont pas
d’orientation prédéfinie (les pôles positif et négatif n’existent pas comme pour un champ
dipolaire : ils peuvent avoir plusieurs pôles qui changent d’orientation très souvent), mais sont
très nombreux et représentent 1% du champ magnétique total.