partie 1
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Géomagnétisme Dominique Gibert Géosciences Rennes (UMR 6118 CNRS) Bâtiment 15 ­ Campus de Beaulieu gibert@univ­rennes1.fr http://volcanum.geosciences.univ­rennes1.fr Progrès récents 1) nouvelles méthodes d'observation 2) premiers modèles numériques de dynamo terrestre 3) découvertes de nouveaux phénomènes dans les données anciennes Observer le champ géomagnétique Boussole => premières observations Observer le champ géomagnétique Nord géographique Nord magnétique Direction dans le plan horizontal = déclinaison mesurée positivement vers l'est Bases fondamentales de l'électromagnétisme L'électromagnétisme s'est développé au cours du 19ème siècle avec la découverte de l'électricité. Au début, l'électromagnétisme était divisé en 3 sous­disciplines séparées: l'électricité qui consistait à étudier les interactions entre les charges électriques et leurs effets sur le corps humain. À l'époque, on savait fabriquer des condensateurs permettant de stocker les charges électriques. Aujourd'hui, cela correspond à l'électrostatique. le galvanisme qui consistait à étudier les effets des courants électriques. À l'époque, on savait fabriquer des piles électrochimiques. le magnétisme qui consistait à étudier les phénomènes magnétiques produits par des aimants permanents (boussoles, etc.). Le champ magnétique terrestre était aussi très étudié. À cette époque, le concept de champs électrique et magnétique n'existait pas Bases fondamentales de l'électromagnétisme Au début du 19ème siècle, plusieurs physiciens pensaient qu'il y avait un rapport entre les courants électriques et les charges électriques. C'est Oersted qui, en 1819, a réalisé une expérience fondamentale qui a ouvert une voie d'étude qui a aboutit à l'unification de l'électromagnétisme. Il observe qu'une aiguille de boussole tourne lorsqu'on fait circuler un courant électrique dans un fil initialement parallèle à l'aiguille. Bases fondamentales de l'électromagnétisme Très rapidement après l'expérience d'Oersted, Ampère et Faraday ont décrit les effets magnétiques des courants électriques. Aujourd'hui, l'on sait que les courants électriques produisent un champ magnétique. Bases fondamentales de l'électromagnétisme Les courants électriques interagissent via leurs champs magnétiques. Par exemple, deux bobines dans lesquelles circulent des courants électriques s'attirent ou se repoussent comme le feraient deux aimants. Il en est de même pour des fils électriques parcourus par des courants Bases fondamentales de l'électromagnétisme Si l'un des fils parcourus par un courant est remplacé par une charge électrique q se déplaçant à une vitesse v parallèlement au fil qui reste, la charge est dévié de sa trajectoire. Cette déviation se produit de la même manière que si la charge en mouvement était remplacée par un courant électrique i = q.v La charge électrique subit une force F = q.E + qv∧B Champ électrique produit par les charges électriques présentes dans l'environnement de q Champ magnétique produit par les courants électriques représentés par les charges en mouvement Observer le champ géomagnétique Halley (1656­1742) Observer le champ géomagnétique Halley (1656­1742) Observer le champ géomagnétique Boussole = instrument de navigation => intérêt stratégique pour les puissances navales Observer le champ géomagnétique 20 ans Variations temporelles de la déclinaison magnétique Observer le champ géomagnétique Création d'observatoires magnétiques Observer le champ géomagnétique Observer le champ géomagnétique Observer le champ géomagnétique 1936: Observatoire magnétique de Chambon­la­Forêt Observer le champ géomagnétique Observer le champ géomagnétique Evolution du nombre d'observatoires magnétiques Nord Sud Principe du magnétomètre à protons Le magnétomètre à protons utilise le fait qu'une charge électrique en rotation (notamment un proton) se comporte comme un petit aimant qui va s'orienter dans le champ magnétique terrestre, exactement comme le ferait l'aiguille d'une boussole. On va donc orienter les protons en utilisant le champ magnétique d'une bobine parcourue par un courant, puis on va couper le courant et observer les protons qui vont se réaligner selon le champ magnétique terrestre. Mais les protons sont aussi de petites toupies qui, en changeant de direction pour se réaligner vont subir un mouvement de précession qui va produire un champ alternatif dont la fréquence est proportionnelle au champ magnétique terrestre. Et voilà... Principe du magnétomètre à protons Principe du magnétomètre à protons Observer le champ géomagnétique Les trois composantes du champ magnétique terrestre
