L`ARPENTEUR DU WEB : CHAMP MAGNÉTIQUE ET

L’ARPENTEUR DU WEB
CHAMP MAGNÉTIQUE ET GÉOMAGNÉTISME  GUY BOUYRIE
L’ARPENTEUR DU WEB : CHAMP MAGNÉTIQUE ET GÉOMAGNÉTISME
Le programme de première S n’envisage pas l’étude des « forces électromagnétiques » : le mot
« magnétique » est réservé dans nos programmes de lycée à l’étude de quelques champs de courants et
d’aimants et tout particulièrement à l’étude du champ magnétique terrestre. En effet, il est important de noter
que le programme de SVT de première S doit fournir aux élèves « les données fondamentales sur le
magnétisme des roches (magnétite, point de Curie) », sachant qu’un des thèmes de convergence avec la
physique porte sur « les variations du champ magnétique terrestre et les inversions magnétiques ». Il est donc
naturel que le point de vue du physicien soit évoqué pour illustrer cette notion de champ magnétique.
On insistera donc tout particulièrement dans cette fiche sur la structure du champ magnétique de la Terre,
domaine de la géophysique qui se trouve à la frontière de plusieurs disciplines scientifiques et qui est trop
peu abordé dans les parcours de formation des professeurs.
Le WEB met à disposition de l’internaute de nombreuses ressources pour illustrer la notion de
géomagnétisme : en effet, on peut en quelques clics être relié à tout un réseau de stations qui surveillent le
magnétisme terrestre. Afficher en temps réel la valeur locale du champ magnétique est alors on ne peut plus
probant !
1. LE MAGNÉTISME DES AIMANTS : UNE CURIOSITÉ PUIS UN SUJET D’ÉTUDE
Depuis la mythique Magnésie d’Asie mineure, les aimants
naturels n’ont cessé de fasciner.
L’école polytechnique en possède de magnifiques dans ses
collections :
http://softs.polytechnique.fr/dsi/ksup/MuseeVirtuel/W3patrimoine/index.p
hp?PAGE=grandepierreaimant&TYPE=electromagnetisme
Il est intéressant de parcourir ce musée virtuel de Polytechnique,
qui associe à tous ces beaux objets des fiches documentaires très
bien formulées. Ainsi, pour l’image ci-contre, on pourra lire :
« L'aimant est un oxyde magnétique de fer dont il existe en Suède
d'importants gisements. Les aimants naturels sont presque toujours munis
de deux armatures (appelées également armures) en fer doux, fixées de
part et d'autre de leur masse constitutive, et maintenues entre elles par
des anneaux en laiton ou en bronze. Ces armatures se terminent, dans
leur partie inférieure, par deux talons qui constituent les pôles de noms
contraires, nord et sud. Une pièce en fer doux que l'on nomme le
“contact”, ou encore le “portant”, posée sur les deux talons, subit
l'influence concordante des deux armatures. L'ensemble réagit sur les
courants particulaires de l'aimant naturel, et les oriente avec plus de
Figure 1 : aimant naturel
force, accroissant ainsi la puissance magnétique. Sans armature, les
(école polytechnique)
aimants naturels sont très faibles. Une fois armés, ils deviennent capables
de porter des poids qui augmentent progressivement, jusqu'à une certaine limite ».
Le magnétisme naturel de ces cristaux n’a cessé d’intriguer les savants anciens. Il revient à A. COULOMB de
proposer un premier modèle assez convaincant sur la nature du magnétisme des aimants.
Figure 2 : le magnétisme des aimants vu par COULOMB
http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/coulomb/memoire/distribution.php
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COULOMB répète avec soin tout un ensemble d’expériences classiques, que nous allons répertorier ci-après.
Il faut attendre les travaux d’AMPÈRE pour qu’une avancée théorique majeure advienne : l’étroite connexion
entre les phénomènes d’électrocinétique et de magnétisme.
2. DES EXPÉRIENCES CLASSIQUES AVEC LES AIMANTS
 Spectre du champ magnétique d’un aimant ; pôles d’un aimant
Ces expériences très simples à mettre en œuvre illustrent à merveille la topographie d’un champ
magnétique. Les lignes de champ magnétique diffèrent des lignes de champ électrique par le fait que ces
lignes se referment (ici dans le matériau ferromagnétique de l’aimant) d’un pôle à l’autre.
Figure 3 : spectre du champ magnétique d’un barreau aimanté
http://www.spc.ac-aix-marseille.fr/labospc/spip.php?article15
Il est toujours surprenant de montrer aux élèves qu’il n’est pas possible d’isoler un « pôle magnétique » de
sorte qu’un aimant est un véritable dipôle (expérience dite des aimants brisés).
Un rappel historique à ce propos est disponible dans le remarquable site consacré à AMPÈRE par le CNRS :
http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/18e/gilbert/
« Pierre de MARICOURT avait décrit en 1269
des expériences sur les aimants, mettant en
évidence l’existence et les propriétés des
pôles magnétiques. Si on laisse flotter un
aimant librement sur l’eau, il s’oriente dans
la direction Nord-Sud, une partie de
l’aimant se tournant vers le Nord, la partie
opposée vers le Sud. D’où la dénomination
de “pôles” pour ces parties de la pierre
d’aimant. De MARICOURT remarque aussi
que si l’on approche deux aimants l’un de
l’autre, leurs pôles se repoussent ou
s’attirent selon qu’ils sont ou non de même
nature. Enfin il tente d’isoler un pôle en
coupant en deux un aimant. Mais chaque
morceau présente à son tour les deux sortes
de pôles !
Figure 4 : expérience de l’aimant brisé par W. GILBERT tirée
GILBERT étudie à son tour les actions
de son livre « De Magnete » (1600)
mutuelles entre pôles “cherchant le nord”
http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/18e/gilbert/
et pôles “cherchant le sud”. Il reprend
l’expérience de MARICOURT sur l’aimant brisé : sa pierre d’aimant possède un pôle a et un pôle d. Si on la
coupe en deux, il apparaît deux nouveaux pôles : b, de nature contraire à a, et c, contraire à d ».
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 Existe-t-il des « monopôles magnétiques » ?
Une lancinante question qui a été assez récemment relancée :
http://www.larecherche.fr/actualite/aussi/premiers-monopoles-magnetiques-19-10-2009-67680
« Depuis des décennies, les physiciens traquent d’hypothétiques entités dénommées « monopôles magnétiques », qui,
contrairement aux aimants et autres objets magnétiques, ne possèdent qu’un seul pôle, nord ou sud. Deux équipes
annoncent les avoir observées dans un milieu auquel les théoriciens ne s’attendaient pas : un solide cristallin.
En 1931, le physicien britannique Paul DIRAC était le premier à postuler l’existence de ces monopôles. On savait que
l’électricité et le magnétisme n’étaient que les deux facettes d’une même interaction fondamentale, la force
électromagnétique. Or les particules électriquement chargées sont de signe soit positif, soit négatif. DIRAC s’étonnait du
fait que les particules et les objets magnétiques possèdent toujours, eux, deux pôles antagonistes. L’existence de
monopôles lui permettait aussi d’expliquer pourquoi les charges électriques étaient quantifiées par une valeur
élémentaire, notée “e”. D’autres travaux sont venus appuyer les suppositions de DIRAC. Les théories de grande
unification, par exemple, qui visent à intégrer les interactions faibles, fortes et électromagnétiques dans un même cadre
conceptuel, prédisaient elles aussi l’existence de monopôles. Dès lors, les physiciens avaient entrepris leur traque
systématique : dans les accélérateurs de particules, dans les fonds marins, dans l’espace, et même dans les roches
lunaires. Sans succès. C’est dans un milieu inattendu que des monopôles viendraient finalement d’être observés : une
famille des solides cristallins découverts en 1997, composés notamment d’oxygène, de titane et de dysprosium, sous
forme ionique. En raison d’une propriété quantique fondamentale, appelée « spin », les ions se comportent comme de
petits aimants avec deux pôles pointant dans une direction. À une température proche du zéro absolu, les pôles nord et
sud se succèdent alternativement. Leur arrangement ressemble à celui dont le spin des atomes d’hydrogène est ordonné
dans l’eau gelée. C’est pourquoi ces cristaux ont été baptisés « glaces de spin » par leurs découvreurs ».
 Influence de la température sur l’ordre ferromagnétique : le point de Curie.
On consultera avec intérêt la vidéo suivante, sur canal U :
http://www.canal-u.tv/video/tele2sciences/temperature_de_curie_du_fer.8992
Figure 5 : expérience illustrant le point de Curie d’un matériau
ferromagnétique
http://www.canal-u.tv/video/tele2sciences/temperature_de_curie_du_fer.8992
Voir aussi : http://bouteloup.pierre.free.fr/iufm/aimant/ex/ex.html
Au-delà de la température de Curie TC, l’aimantation spontanée du matériau disparaît : d’un point de vue
microscopique, c’est une transition de phase qui sépare une phase paramagnétique désordonnée pour T > TC
d’une phase ferromagnétique ordonnée dès que T < TC. L’interprétation quantique du phénomène, qui fait
appel à la notion de « champ moléculaire » est délicate.
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 Ferrofluides
Figure 6 : ferrofluide
disponible chez
http://www.supermagnete.fr/
Un ferrofluide est un fluide qui contient de très petites particules
ferromagnétiques. Ce sont des nanoparticules de magnétite d’une
grandeur d’environ 10 nanomètres, telles que le mouvement
brownien les maintient en suspension. Les chocs successifs entre
grains et molécules du liquide porteur, liés à l’agitation thermique,
suffisent à empêcher les grains de tomber au fond du récipient.
La suspension obtenue est colloïdale et forme alors un tout, aussi
homogène qu’un fluide gazeux à l’égard de ses molécules
individuelles : un champ magnétique entraîne la solution dans son
ensemble et non pas seulement les grains magnétiques.
Le liquide réagit alors très fortement aux champs magnétiques, de
façon surprenante. Les applications sont très nombreuses :
bobines de haut-parleurs, amortisseurs de vibrations, joints étanches,
sustentés magnétiquement, encre pour imprimantes, mesure des
viscosités, des inclinaisons, détection des champs magnétiques ou
encore modulation de la lumière.
 Lire ce rapport des OdPF présenté en 2009 par des lycéens toulousains :
http://www.odpf.org/images/archives_docs/16eme/memoires/gr-21/memoire.pdf
 Expériences du Palais de la découverte avec aimants au néodyme (vidéos en ligne)
http://www.palais-decouverte.fr/fr/ressources/videos/les-videos-du-palais-de-la-decouverte/
De jolies expériences surprenantes qui sont possibles avec ces puissants aimants au néodyme.
3. MATÉRIAUX FERROMAGNÉTIQUES
Actuellement, on sait constituer des aimants de toutes sortes, qui font appel non seulement aux quelques
classiques éléments ferromagnétiques que sont le fer, le nickel, le cobalt, aux édifices cristallins mariant des
éléments non ferromagnétiques individuellement comme les oxydes de chrome, de manganèse…, mais aussi
à des éléments appartenant à la famille des « terres rares » ou « lanthanides », tels le néodyme ou le
samarium. Pour illustrer ce propos, on peut consulter un site bien conçu d’un constructeur d’aimants :
http://www.firstmagneticfrance.com/le-magnetisme.php
Figure 7 : portail d’entrée du fabricant FIRST MAGNETIC
http://www.firstmagneticfrance.com/le-magnetisme.php
Pour se convaincre de l’importance industrielle des aimants, voir le portail d’une autre société française,
ARELEC : http://www.arelec.com/index.htm et celui de la société CALAMIT http://www.calamit.com/index.php.
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Interpréter le ferromagnétisme, ainsi que le ferrimagnétisme, est beaucoup plus délicat lorsqu’on se place
au niveau des exigences de la classe de terminale S !
On peut rappeler combien la physique française a été pionnière dans le domaine de la compréhension de ces
phénomènes, depuis André-Marie AMPÈRE, en passant par Aimée COTTON, Pierre CURIE, Paul LANGEVIN,
Léon BRILLOUIN, jusqu’à Louis NÉEL qui a fait de la région grenobloise un pôle de renommée mondiale
dans le monde de la recherche sur le magnétisme.
 Pour une approche élémentaire sur le ferromagnétisme, « FUTURA SCIENCES » est d’un bon secours, une
alternative à WIKIPÉDIA :
http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/dico/d/physique-ferromagnetique-2080/
On peut y lire :
« Les matériaux ferromagnétiques se partagent en petits domaines à l’intérieur desquels tous les atomes ont
une aimantation parallèle. Ces domaines tendent à s’aligner dans la direction d’un champ magnétique
extérieur, ce qui confère au matériau une forte aimantation. Les substances ferromagnétiques sont utilisées
pour leurs propriétés magnétiques, car non seulement elles peuvent être aimantées fortement, mais encore
elles peuvent le rester, grâce au phénomène d’hystérésis magnétique ».
 Pour réviser rapidement son cours de mastère sur le ferromagnétisme :
http://gps.ijl.univ-lorraine.fr/webpro/chatelain.c/
ou encore :
http://www.g2elab.grenoble-inp.fr/recherche/madea-interactions-d-echange-et-ferromagnetisme337149.kjsp?RH=G2ELAB_R-MADEA
Figure 8 : le ferromagnétisme, présenté ici par un laboratoire grenoblois
http://www.g2elab.grenoble-inp.fr/recherche/madea-interactions-d-echange-et-ferromagnetisme-337149.kjsp?RH=G2ELAB_R-MADEA
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4. LE MAGNÉTISME DES COURANTS
Faut-il citer les expériences fondatrices d’OERSTED, de FARADAY et d’AMPÈRE ?
Le site http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/faraday/index.php s’en charge de belle manière.
Figure 9 : cette rubrique du site consacré à AMPÈRE évoque bien sûr les travaux de FARADAY mais aussi les
premières expériences d’AMPÈRE
http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/faraday/index.php
 Pour l’expérience fondatrice d’OERSTED, excellemment commentée sur ce même site, regarder la vidéo :
http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/oersted/video/oersted.php
 Regarder encore celle-ci, du musée GALILÉE de Florence.
Figure 10 : expérience d’OERSTED avec un instrument du musée GALILÉE
http://catalogue.museogalileo.it/multimedia/OerstedsExperiment.html
Les recherches d’AMPÈRE sont guidées par une idée obsédante : une boucle de courant est une source de
champ magnétique et donc, au sein même d’un aimant préexistent des « courants moléculaires » à l’origine
de l’aimantation : cette hypothèse hardie a trouvé toute sa force quand la physique quantique a été capable de
décrire, à l’échelle atomique, le moment magnétique orbital du nuage électronique d’un atome, de son noyau,
d’attribuer aussi au moment cinétique de spin d’une particule un moment magnétique !
D’autre part, le fait qu’en changeant le sens de parcours du courant selon une spire on inverse le sens du
champ magnétique créé (et donc qu’on permute la « polarité » des faces délimitées par la spire) montre que
⟶
le « vecteur champ magnétique B » n’est pas un vecteur ordinaire : c’est un « pseudo vecteur » dit-on
⟶
souvent en physique, au même titre que celui  qui définit la rotation d’un solide autour d’un axe, ou tous
les « vecteurs » définis par un produit vectoriel ou par l’opérateur « rotationnel ».
⟶
 Le champ magnétique B n’est pas invariant par un changement d’orientation de l’espace (d’où ces règles
dites du bonhomme d’Ampère, des trois doigts de la main droite, du tire-bouchon de Maxwell).
Les fondements d’un nouveau domaine de la physique sont jetés : c’est l’électromagnétisme.
Il n’est pas envisagé ici une étude détaillée de l’électromagnétisme, en conformité en cela avec nos
programmes de lycée. Nous ne retiendrons que certains aspects de l’électromagnétisme qui permettent de
rendre compte du champ magnétique de la Terre.
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5. LE CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE
5.1. Lignes de champ magnétique terrestre : un premier modèle simple
 La distribution générale du champ magnétique
terrestre rappelle celle qui serait due à un aimant
situé au centre de la Terre, disposé suivant un
diamètre ne coïncidant pas exactement avec la ligne
des pôles terrestres. La « cartographie » représentée
ci-contre donne l’ensemble des lignes de champ
magnétique ; ces dernières sont orientées de sorte
qu’elles pointent vers le « pôle Sud » de l’aimant et
« sortent » du « pôle Nord » de l’aimant (ces lignes
sont refermées sur elles-mêmes).
 Une aiguille aimantée, suspendue par son centre
de gravité à un fil sans torsion et placée loin de tout
autre aimant, de tout circuit parcouru par un courant
et de toute masse importante de fer, s’oriente dans
une direction qui n’est pas horizontale mais qui,
dans l’hémisphère nord, pointe vers la Terre. Cette
action subie par une aiguille aimantée décèle donc
l’existence « d’un champ magnétique » à la surface
de la Terre.
 La direction du champ magnétique terrestre en
Figure 11 : la Terre vue comme un barreau aimanté
un point de l’espace est celle de la tangente à la
http://noelecocq.ovh.org/?p=243
ligne de champ en ce point ; son sens est celui défini

par le vecteur SN d’une aiguille aimantée, de sorte que le « nord » de l’aiguille aimantée regarde toujours le
« pôle Sud » de la source de champ magnétique.
⟶
 Le champ magnétique terrestre est caractérisé, en un point du globe, par un vecteur B T contenu dans un
plan vertical appelé plan du méridien magnétique : dans ce plan, une aiguille aimantée suspendue selon un
axe horizontal, s’incline vers le sol d’un angle Î (inclinaison) par rapport à l’horizontale. Ce champ
magnétique a donc pour direction et sens ceux de l’axe SN de
S
l’aiguille aimantée.
⟶
Bh
⟶
Le champ magnétique terrestre B T admet deux composantes,
⟶
Î
Î
⟶
l’une horizontale B h et l’autre verticale B v de sorte que :
⟶
Bv
⟶
BT
⟶
BT
⟶
⟶
= B h + B v.
Une aiguille aimantée ordinaire qui peut pivoter autour d’un
⟶
axe vertical est sensible à la partie horizontale B h de ce champ.
En France, Î  60 ° et donc B h = BT  cos 60.
N
Pour mesurer BT en classe de lycée, il suffit de mesurer B h, ce
qui est possible avec un teslamètre à effet Hall ou, pour les lycées dotées d’anciennes collections, avec le
dispositif appelé “la boussole des tangentes”.
 Usuellement, en France, B h  2  10  5 T ou 0,2 G (en gauss G ; 1 G = 10  4 T).
En réalité, la description du champ magnétique terrestre est très complexe :
 elle repose sur des mesures effectuées par des stations terrestres ou par voies aériennes ;
 elle nécessite des modèles mathématiques qui reposent sur des principes de la magnétostatique déjà mis en
place par GAUSS dès le XIX e siècle, à partir des solutions proposées par LAPLACE.
5.2. Géomagnétisme : stations de mesures
Afin de rendre compte du champ magnétique terrestre, il suffit de consulter le réseau INTERMAGNET qui
est hébergé par l’INSTITUT de PHYSIQUE du GLOBE de PARIS (IPGP).
Se reporter à : http://www.ipgp.fr/index2.php
Lire ces pages dans ce même site : http://www.ipgp.fr/pages/030503.php
À cela, s’ajoutent les campagnes qui ont permis d’assurer les relevés aéromagnétiques de la France, en
particulier : http://sigminesfrance.brgm.fr/geophy_mag.asp.
7
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Examinons quelques particularités du réseau de mesures INTERMAGNET :
« INTERMAGNET (INTERnational Real-time MAGnetic observatory NETwork), dont la France est un des quatre
pays fondateurs, est un réseau global d’observatoires magnétiques qui fournissent leurs données du champ
magnétique terrestre en temps quasi-réel. INTERMAGNET définit des standards pour la mesure et
l’enregistrement du champ magnétique terrestre, compte tenu de l’évolution des techniques. Chaque
observatoire INTERMAGNET a la responsabilité de mesurer au moins trois des éléments qui définissent le
champ magnétique terrestre. Une valeur de ces trois composantes doit être enregistrée chaque minute, puis
stockée sous forme numérique pour diffusion publique rapide.
La norme sera bientôt d’enregistrer une valeur de chaque composante par seconde, afin d’avoir la même
fréquence d’échantillonnage que les satellites. Pour calibrer les valeurs du champ provenant du
magnétomètre vectoriel, les mesures absolues du champ doivent être effectuées au moins deux fois par
semaine dans les observatoires. INTERMAGNET fournit aussi un support technique pour la maintenance et la
mise à niveau des équipements existants ainsi que pour la création de nouveaux observatoires. Dès qu’elles
sont traitées, les données sont envoyées à l’un des six GIN (General Information Node) INTERMAGNET dans le
monde, Paris étant l’un d’entre eux. Chaque GIN est équivalent à un site Web. Du GIN, les scientifiques
peuvent facilement visualiser et / ou télécharger les données de tous les observatoires du BUREAU CENTRAL
de MAGNÉTISME TERRESTRE ou BCMT ».
d’après http://www.ipgp.fr/fr/obsmag/intermagnet
Figure 12 : réseau des stations du BCMT
http://www.ipgp.fr/fr/obsmag/observatoires-magnetiques
On peut donc accéder à différentes mesures (déclinaison, inclinaison, champ total, etc.) qui sont collectées en
temps réel par les stations du réseau.
Pour les stations régies par le BCMT, il faut se connecter à l’adresse suivante : http://www.bcmt.fr/ .
8
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 Mais que mesure-t-on au juste ?
Consulter l’excellent site canadien http://geomag.nrcan.gc.ca/mag_fld/comp-fra.php qui est l’analogue québécois
de notre BCMT.
Extrait de ce site avec la figure ci-dessous :
« Le champ magnétique terrestre est une quantité vectorielle : il possède, à chaque point de
l’espace, une intensité et une direction particulières.
Trois valeurs sont nécessaires à sa description complète en un point. Ce peut être :
 les composantes orthogonales de l’intensité du champ (X, Y, et Z) ;
^ ^
 l’intensité totale du champ et deux angles (F, D, I ) ;
^
 ou les deux composantes de l’intensité du champ et un angle (H, Z, D).
La relation entre ces sept éléments est montrée dans le diagramme ci-contre ».
^
^
Sont également reportés sur la figure ci-contre les deux angles D et I qui mesurent
respectivement la déclinaison (angle formé entre la direction du pôle Nord géographique et le
Nord magnétique) et l’inclinaison.
 Exemples de mesures du réseau INTERMAGNET :
http://www.bcmt.fr/#
http://centrededonnees.ipgp.fr/descriptif.php
http://www.bcmt.fr/data_plot_realtime.php
http://www.ipgp.fr/pages/06030301.php
Figure 13 : composante X du champ magnétique terrestre observée en temps réel
France (Chambon La Forêt CLF), Algérie (Tamanrasset TAM) et Vietnam (Phuthuy PHU)
http://www.bcmt.fr/data_plot_realtime.php
On constate que l’intensité du champ magnétique (ici sa composante horizontale suivant X) :
 dépend du lieu d’observation ;
 ne cesse de fluctuer au cours du temps en un lieu donné.
Les valeurs sont affichées en nanoteslas nT ; ainsi, le 6 février 2014 à 18 h 00, le champ magnétique terrestre
mesuré selon la projection X à la station historique de Chambon La Forêt est de 21 160 nT.
9
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Figure 14 : intensités des différentes composantes du champ magnétique terrestre observées en temps réel
en France (Chambon La Forêt CLF), aux mêmes dates qu’en figure 17
http://www.intermagnet.org/data-donnee/dataplot-fra.php
Les valeurs sont affichées également en nanoteslas nT ; ainsi, le 6 février 2014 à 18 h 00, le champ
magnétique terrestre total F à la station historique de Chambon La Forêt est de 43 000 nT.
Les instruments utilisés pour ces mesures sont
de différents types, des magnétomètres
absolus, des magnétomètres scalaires, ou
vectoriels (capables de différencier les
composantes du champ) qui exploitent l’effet
Zeeman, la RMN et un effet subtil dit « effet
Overhauser ».
Lire :
http://smsc.cnes.fr/SWARM/Fr/GP_instrument.htm ,
Figure 15 : un magnétomètre scalaire à effet Zeeman conçu
par le CEA-LETI à Grenoble et fourni par le CNES
http://smsc.cnes.fr/SWARM/Fr/GP_instrument.htm
 10 
qui détaille des modèles de magnétomètres
embarqués dans les satellites de la mission
SWARM.
Lire encore :
http://www.faidherbe.org/site/cours/dupuis/rmn.htm ,
où notre collègue G. DUPUIS expose
les
principes de la RMN et de l’effet Overhauser.
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 Mesures de l’aéromagnétisme : données magnétiques et radiométriques aéroportées
http://sigminesfrance.brgm.fr/geophy_mag.asp
« Le levé magnétique général de la France et du plateau continental a été financé par le CNRS et réalisé par
la Compagnie Générale de Géophysique (CGG) sous la direction de l’institut de physique du Globe. Les vols
ont été effectués en différentes campagnes s’étalant sur plus de 40 ans, à différentes altitudes variant de
3 000 m d’altitude sur la France continentale, à 5 000 m pour les Alpes, avec des lignes de vol espacées de
10 km recoupées par des traverses distantes de 100 km. La méditerranée occidentale a été couverte à
3 000 m d’altitude, le Golfe de Gascogne fut levé à 500 m d’altitude. Des campagnes de meilleure résolution
ont été effectuées au-dessus des bassins susceptibles de contenir des réserves d’hydrocarbures ou destinés à
d’éventuelles exploitations minières, ou pour mieux prendre en compte les ressources naturelles (eau,
minerais et matériaux) de certaines zones au développement économique important.
L’interprétation de la couverture aéromagnétique de la France et des régions limitrophes a de nombreuses
applications en géologie régionale ».
Figure 16 : Carte aéromagnétique de la France à la maille de 5 × 5 km
Anomalie du champ total (exprimée en nT)
http://sigminesfrance.brgm.fr/geophy_mag.asp
Les données du levé aéromagnétique général de la France sont disponibles sous la forme d’une grille à la
maille de 5 × 5 km, communiquée par l’IPGP au BRGM dans le cadre du projet Geofrance 3D.
L’anomalie magnétique a été obtenue par soustraction d’une anomalie normale représentée par un polynôme
du second degré (nous verrons plus bas quelques problématiques liées à la modélisation du géomagnétisme).
 11 
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5.3. La machine Terre : origine du champ magnétique terrestre
La Terre possède un champ magnétique, qui peut être décrit dans une première approche comme
dipolaire. À ce champ principal est superposé un champ magnétique non dipolaire : son origine est
extérieure, liée aux courants électriques dans l’ionosphère, mais aussi interne de par les roches
ferromagnétiques.
 Une bonne référence documentaire pour aborder le problème :
http://geomag.nrcan.gc.ca/mag_fld/fld-fra.php , qui pourrait se résumer ainsi :
« Bien que le champ magnétique de la Terre s’apparente
à celui produit par un aimant droit, cette analogie ne
permet pas d’expliquer son origine. En effet, aucun
aimant permanent ne pourrait résister aux températures
qui règnent dans le noyau terrestre et le champ
géomagnétique existe depuis des temps géologiques très
anciens (3,5 milliards d’années !). Or un tel champ
magnétique dipolaire décroît lentement et devrait
disparaître au bout de 15 000 ans en l’absence d’un
mécanisme qui assurerait son entretien.
Un seul modèle aujourd’hui permet de rendre compte des
faits observés, celui d’une « dynamo autoentretenue ».
À l’intérieur de la Terre, à la frontière entre le noyau et le
manteau, la température atteint près de 4 800 °C de sorte
que le noyau externe est liquide alors que le noyau
interne est solide à cause de la pression plus élevée.
Le noyau, constitué de fer et d’une petite proportion
d’éléments plus légers, comporte une couche externe
constamment en mouvement à cause de la rotation
Figure 17 : simulation du champ magnétique
terrestre et des courants de convection ascendants des
terrestre selon le modèle « dynamo »
éléments légers, et un cœur interne où les éléments plus
(LOS ALAMOS NATIONAL LABORATORY)
massifs se condensent.
http://www.es.ucsc.edu/~glatz/geodynamo.html
Le processus exact de la production du champ
magnétique dans cet environnement est extrêmement complexe : plusieurs des paramètres nécessaires à une
bonne modélisation mathématique sont mal connus. Trois conditions doivent être satisfaites pour la
production du champ magnétique : la présence d’un liquide conducteur ; de l’énergie pour forcer le liquide
à se déplacer assez rapidement « en boucles de courant » ; la présence d’un champ magnétique « initial ».
Dans le noyau externe, certaines de ces conditions sont remplies : le fer en fusion est un bon conducteur ; on
y trouve assez d’énergie pour entretenir les mouvements convectifs, qui, couplés avec la rotation terrestre,
produisent une bonne configuration pour l’écoulement.
Enfin, avant même l’apparition du champ magnétique terrestre, le champ magnétique du Soleil a permis le
démarrage du processus. Lorsque le fer en fusion circule dans le champ magnétique existant, il génère un
courant électrique, grâce au mécanisme d’induction magnétique. Ce courant électrique nouvellement induit
crée, à son tour, un champ magnétique. Étant donné la relation entre le champ magnétique et la circulation
du liquide, le champ magnétique induit s’ajoute au champ magnétique initial.
Tant que le liquide du noyau externe pourra continuer à circuler, le mécanisme se maintiendra ».
Lire aussi : http://www.ipgp.fr/pages/06030302.php,
puis http://geomag.nrcan.gc.ca/mag_fld/fld2-fra.php (équations fondamentales : de Navier-Stokes à Maxwell).
 Ce champ est capricieux, et peut basculer :
Lire cet article émanant du CNRS : http://www2.cnrs.fr/journal/3747.htm
« On sait désormais que les boussoles ont basculé plus de trois cents fois depuis 200 millions d’années. À
chaque épisode, le champ terrestre faiblit avant de s’inverser, entraînant une diminution de l’intensité du
bouclier magnétique. Les cycles sont très irréguliers. On a constaté des périodes de stabilité de 30 millions
d’années, tandis que des inversions se sont produites à quelques centaines de siècles d’intervalle. Si une loi
existe, elle est probabiliste et très subtile ! La dernière inversion remonte à 780 000 ans ».
 Une conférence pour conclure sur le sujet (Emmanuel DORMY et Nicolas MORDANT, ENS-IPGP) :
http://www.canal-u.tv/video/espci_paristech/l_origine_du_champ_magnetique_terrestre.8927
De très belles expériences y sont filmées !
 12 
L’ARPENTEUR DU WEB
CHAMP MAGNÉTIQUE ET GÉOMAGNÉTISME  GUY BOUYRIE
5.4. Modélisation du champ magnétique observé sur le globe
Lire : http://geomag.nrcan.gc.ca/mag_fld/magref-fra.php
Simuler le fonctionnement de la machine « Terre » pour comprendre la genèse de son champ magnétique est
une chose ; modéliser sa composante « dipolaire » pour l’ajuster aux relevés effectués sur le globe en est une
autre. Ainsi, on peut facilement calculer la déclinaison et les autres composantes du champ géomagnétique
en utilisant les modèles de référence du champ magnétique, issus des équations de la magnétostatique de
POISSON, LAPLACE et de GAUSS.
Les modèles utilisés, comme celui du “champ géomagnétique international de référence” (IGRF) ou celui du
“modèle magnétique mondial” (WMM) sont basés sur la décomposition de la fonction « potentiel scalaire
N
magnétique V » par harmoniques sphériques : V  a  
n 1
    g
a
r
n 1


 )  hnmsin (m )  Pnm ( ) .
m
n cos ( m
où φ est la longitude, θ est la latitude, r est la distance radiale, n est le degré du terme, m est l’ordre du terme
alors que Pnm désigne les polynômes de Legendre associés. Les facteurs g nm et hnm sont des coefficients de
Gauss, que l’on peut calculer à partir d’une analyse des moindres carrés de données magnétiques recueillies
sur l’ensemble de la planète.
Le champ magnétique est le gradient de ce potentiel V : c’est donc un type de traitement similaire à celui que
l’on a rencontré pour le champ et le potentiel gravitationnels.
En théorie, la série se poursuit infiniment mais, en pratique, on limite le développement à un degré N
maximum, par exemple N max = 10 pour l’IGRF. Pour gagner en résolution de façon à simuler le champ
produit dans le noyau terrestre ou reproduire les anomalies de la croûte terrestre mises en évidence par les
données magnétiques captées par les satellites, on doit prolonger la série jusqu’à N max = 80.
Figure 18 : intensité totale du champ magnétique terrestre en 2010 selon le modèle IGRF
(1000 nT entre chaque ligne d’iso intensité)
http://www.ngdc.noaa.gov/geomag/WMM/image.shtml
Il existe donc toutes sortes de cartes où ce modèle permet, entre autres, de suivre fidèlement les variations
locales de l’inclinaison ou de la déclinaison du champ magnétique.
http://sigminesfrance.brgm.fr/geophy_mag.asp
Il est important également se modéliser ces variations au cours du temps, pour mieux cerner l’histoire du
géomagnétisme.
 13 
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CHAMP MAGNÉTIQUE ET GÉOMAGNÉTISME  GUY BOUYRIE
5.5. Le champ magnétique terrestre en liaison avec celui du Soleil
 La magnétosphère
Dans l’espace, les lignes de champ magnétique terrestre se connectent avec celles du Soleil.
On a longtemps supposé que le
champ magnétique terrestre était
dipolaire, comme celui d’un aimant
droit avec des lignes de champ
magnétique formant un circuit fermé
du pôle Sud au pôle Nord.
Cependant la Terre n’est pas dans un
vide absolu : elle est constamment
balayée par le vent solaire, un
plasma dilué d’ions hydrogène et
d’électrons émis par la couronne
solaire.
Le vent solaire confine le champ
magnétique terrestre dans un volume
en forme de comète : la
magnétosphère ; du côté du Soleil,
la magnétosphère ne s’étend que
jusqu’à dix fois le rayon terrestre,
Figure 19 : la magnétosphère, ou l’influence du vent solaire sur le
mais du côté “nuit”, le vent solaire
champ magnétique terrestre
étire le champ magnétique terrestre
http://www.ipgp.fr/pages/06030302.php
en une “queue magnétique” dont la
longueur est supérieure à 1000
rayons terrestres. La magnétosphère se compose de plasmas de densités et de températures diverses, apportés
par le vent solaire et par l’ionosphère.
 Lire aussi à ce propos, ces pages présentes sur le site de la NASA, relativement anciennes, mais aux
contenus pédagogiques très riches : http://www-spof.gsfc.nasa.gov/Education/FIntro.html
 Le champ magnétique terrestre : un bouclier vis-à-vis des rayonnements cosmiques
Lorsque les particules chargées du plasma du vent solaire longent les limites de la magnétosphère (la
magnétopause), elles traversent le
champ magnétique terrestre. Les ions
positifs et les électrons, de charges
électriques opposées, sont déviés dans
des directions opposées par la force de
Lorentz, perpendiculaire à la direction
du déplacement des particules et à celle
du champ magnétique : il en résulte des
courants électriques qui parcourent la
magnétosphère, provoquant de véritables « orages magnétiques ».
Quand les faisceaux d’électrons
heurtent l’ionosphère, ils excitent ou
ionisent les atomes, et dissocient des
molécules en atomes excités. Lorsque
les électrons des atomes excités
retombent à des niveaux énergétiques
Figure 20 : aurore boréale
inférieurs et que les ions se recombinent
http://www.ipgp.fr/pages/06030302.php
avec des électrons libres, des rayonnements sont émis sur une large bande spectrale (de l’ultraviolet lointain à l’infrarouge). De la Terre, les
aurores apparaissent comme des draperies lumineuses, aux couleurs chatoyantes. Ce sont les aurores
polaires.
 Pour de belles images, consulter cet agenda : http://www.auroresboreales.com/
 Pour une étude détaillée du phénomène, lire ce mémoire présenté en 2011 aux OdPF par des lycéens de
du lycée Louis Le Grand : http://www.odpf.org/images/archives_docs/18eme/memoires/gr-17/memoire.pdf
 14 
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CHAMP MAGNÉTIQUE ET GÉOMAGNÉTISME  GUY BOUYRIE
5.6. Pour conclure sur le champ magnétique terrestre : la mission SWARM du CNES
Pour réviser toute la problématique de la mesure du champ magnétique terrestre, y compris en prenant en
compte la contribution de notre Soleil, on se reportera à la mission SWARM du CNES qui permettra des
mesures très fines de ce champ.
Trois satellites ont été lancés le 22 novembre 2013, à basse altitude (de 480 km à 500 km suivant les
satellites) pour arpenter le champ magnétique terrestre grâce à des magnétomètres très élaborés que nous
avons évoqués précédemment.
Deux remarquables vidéos, qui récapitulent tout ce qui concerne le champ magnétique terrestre et sa mesure,
sont fournies sur le site avec de très belles images de synthèse.
http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/5920-swarm.php
Figure 21 : la mission SWARM pour arpenter le champ magnétique de la Terre depuis l’espace
http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/5920-swarm.php
Pour cette mission, consulter aussi la vidéo et cette page du CNRS à l’adresse :
http://www.insu.cnrs.fr/node/4603
 15 
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5.7. Et pour ne pas perdre le nord, prendre son « smartphone » !
Le « smartphone », bardé de capteurs, nouveau couteau suisse du physicien, est devenu une véritable
centrale d’acquisition.
Outre un accéléromètre, des capteurs de pression, il est courant d’y voir embarqué un magnétomètre fondé
sur le phénomène de magnétorésistance qui permet de le transformer en « boussole virtuelle » ou mieux, en
un véritable « compas ».
 Magnétomètre pour smartphone de la société FREESCALE
Figure 22 : FREESCALE ®, constructeurs de capteurs pour tablettes et « smartphones »
http://www.freescale.com/webapp/sps/site/taxonomy.jsp?code=MGNTCSNS
http://www.freescale.com/files/sensors/doc/app_note/AN4246.pdf
Ce type de capteur doit être préalablement étalonné, en
procédant à son orientation dans une base spatiale que
l’on peut matérialiser sur une simple table horizontale
(voir ci-contre).
Pour d’autres modèles, la boussole virtuelle est activée
par voie logicielle, via le réseau Internet, pour être
coordonnée sur des relevés GPS.
Figure 23 : étalonnage du capteur
accéléromètre et magnétomètre FREESCALE®
 16 
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 Magnétomètre pour smartphone de la société YAMAHA
http://download.yamaha.com/api/asset/file/?language=ja&site=jp.yamaha.com&asset_id=52799
Ce capteur est particulièrement bien adapté pour mesurer très rapidement l’intensité du champ magnétique
terrestre.
YAS532 – Ultra Miniature Tri-Axial Geomagnetic Sensor
Figure 24 : YAS532 Geomagnetic sensor
http://www.reuters.com/article/2011/08/05/idU
S140161+05-Aug-2011+BW20110805
“Yamaha Corporation has developed the world's smallest tri-axial
geomagnetic sensor integrated circuit for use in smartphones and
tablet PCs.
The YAS532, of which samples will begin shipping, is the third in a
line of Yamaha's geomagnetic sensor series.
The YAS532 is at 1.5mm by 1.5mm in size, the world's smallest triaxial geomagnetic sensor integrated circuit. Normally, sensor
integrated circuits are made by packaging a CMOS circuit chip and
multiple sensor elements. With this method, the elements and chip
need to be wired and assembled within the package, which would
make it difficult to shrink the size of a geomagnetic sensor
integrated circuit. The use of Yamaha's proprietary technology,
however, enabled smaller sizes through a monolithic structure that
generates the sensor elements and CMOS circuits all on the same
chip. As with the existing product, it is provided with autocalibration software that uses proprietary algorithms, and drivers for
the various OS types”.
Maximum measurable magnetic field: 1200 μT. Magnetic field sensitivity (X, Y): 0.15 μT / count.
Magnetic field sensitivity (Z): 0.25 μT/ count. Acquisition Time: 1 ms.
Figure 25 : YAS532 Geomagnetic sensor sous Androïd via
l’application “Sensor kinetics”
https://play.google.com/store/apps/details?id=com.innoventions.sensorkinetics&hl=fr_FR
Grâce au capteur YAS532, on accède aux trois coordonnées du champ mesuré selon les axes X, Y, Z, axes
perpendiculaires 2 à 2 et représentés en figure 23.
La mesure dont la capture d’écran est donnée en figure 25 a été effectuée à Bordeaux en posant le
smartphone sur une table rigoureusement horizontale.
On remarque que selon l’axe vertical : 32,8 µT en valeur.
Dans le plan horizontal : B h = 9,1 2 + 16,2 2  18,5 µT.
Au total : B T = 9,1 2 + 16,2 2 + 32,8 2  37,7 µT.
^
On peut en déduire la valeur de l’inclinaison I qui vaut 60°.
 17 
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6. ET AILLEURS DANS LE SYSTÈME SOLAIRE ?
Sans faire une étude détaillée du champ magnétique du Soleil et des planètes ou satellites de notre
système solaire, on peut donner quelques pistes de travail.
 Pour une vision d’ensemble, l’IMCCE propose quelques pages relativement anciennes mais actualisées :
http://www.imcce.fr/promenade/pages5/524.html
On y découvre qu’à l’exception de la Terre, seules les planètes joviennes (Jupiter, Saturne, Uranus et
Neptune) ont un champ magnétique dipolaire notable, le plus intense et étudié étant celui de Jupiter.
 Le cas de la Lune est intéressant : elle n’a plus de champ magnétique dipolaire, ce qui est interprété par
l’absence d’un effet dynamo, sa taille faisant que son cœur ne peut atteindre des températures aussi élevées
que celui de la Terre.
Lire, sur Futura-Sciences :
http://www.futurasciences.com/magazines/espace/infos/actu/d/astronomie
-lune-t-elle-jour-genere-son-propre-champ-magnetique18039/
Ou sur le site de la NASA :
http://sservi.nasa.gov/articles/mystery-moonslost-magnetism-explained/
Et celui de l’Université UCLA de Los
Angeles, pour la mission ARTEMIS :
http://artemis.igpp.ucla.edu/overview.shtml
Les deux satellites de la mission ARTEMIS,
lancés en 2007 pour explorer la
magnétosphère terrestre, ont cartographié le
champ magnétique des roches ferriques à la
surface de la Lune qui ont été et sont
Figure 26 : le magnétisme à la surface de la Lune
soumises aux interactions avec les particules
http://artemis.igpp.ucla.edu/overview.shtml
du vent solaire.
 Une problématique similaire existe pour Mars qui n’a plus qu’un champ magnétique résiduel.
Lire par exemple : http://www.space.dtu.dk/english/Research/Universe_and_Solar_System/magnetic_field
 Le champ magnétique du Soleil, très complexe dans sa structure, est très étudié :
Sur ASTROSURF, une contribution très intéressante d’un laboratoire d’astrophysique de la NASA :
http://www.astrosurf.com/luxorion/sysol-soleil-magnetique.htm . Un extrait :
« Si étonnant que cela soit, pris comme un tout, le Soleil ne dispose pas de champ magnétique global comme
celui de la Terre. Mais si on prend l’intensité moyenne de tous les champs localisés à la surface du Soleil,
il donne l’impression d’avoir un champ général des milliers de fois plus intense que celui de la
Terre ! L’évolution de ces champs locaux est très importante car de leur activité dépend directement
l’évolution des tous les phénomènes qu’on observe à la surface du Soleil. Si les taches solaires ont une
influence mineure sur les émissions du Soleil, l’activité magnétique qui les accompagne peut au contraire
produire des modifications importantes des niveaux de rayonnements ultraviolet et rayons X peu pénétrants.
Ces changements qui s’intensifient à mesure que le cycle solaire approche de son paroxysme produisent des
effets très importants dans la haute atmosphère terrestre ».
Ce champ subit de fréquentes inversions
périodiques dont la NASA par exemple se
fait l’écho avec cette très belle animation :
http://www.nasa.gov/content/goddard/the-sunsmagnetic-field-is-about-to-flip/#.UvnXU86jx8E
Lire aussi, sur le même site de la NASA :
http://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/ov
erview/index.html#.Uvncn86jx8E
Figure 27 : évolution périodique du champ magnétique
solaire moyen (en gauss G : 1 G = 10  4 T)
 18 
Des vidéos y rendent compte de
l’interaction du Soleil avec la Terre et le
système solaire, dans ce domaine des
sciences appelée « héliophysique ».
N’oublions pas la mission SOHO :
http://sohowww.nascom.nasa.gov/
L’ARPENTEUR DU WEB
CHAMP MAGNÉTIQUE ET GÉOMAGNÉTISME  GUY BOUYRIE
 Un exercice d’application pour nos élèves de première S : champ magnétique du Soleil
D’APRÈS RICHARD WOLFSON DANS «
POUR LA SCIENCE » N° 66
Figure 28 : simulation du champ magnétique du Soleil en
l’absence d’activité solaire (taille de 700 000 km)
http://irfu.cea.fr/Sap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=fait_marquant&id_ast=3053
« On pense que le champ magnétique
solaire est engendré par l’interaction des
mouvements de convection et de rotation de
la matière conductrice qui se trouve à
l’intérieur du Soleil : ce processus de
création du champ magnétique serait
identique à celui qui est responsable du
champ magnétique terrestre.
Pour des raisons que l’on comprend encore
mal, le champ solaire est très variable :
tous les 11 ans à peu près, les pôles nord et
sud « s’échangent ».
On pense que ce cycle solaire est dû à la
rotation différentielle du Soleil : la région
équatoriale tourne plus vite que les autres
régions.
La période de rotation, d’environ 25 jours,
est variable selon la latitude.
À l’époque d’un minimum d’activité, les
pôles magnétiques sont plus intenses et
confèrent au champ magnétique solaire la
structure d’un simple dipôle magnétique tel
celui d’un barreau aimanté ou de la Terre.
Lorsque l’activité solaire est maximale, on
n’observe pas de pôles bien différenciés,
mais plutôt des régions localisées de
magnétisme intense, souvent associées à des
taches solaires ».
1. Résumé
Relevez quelques mots-clés utiles à la compréhension de ce texte puis résumez ce dernier en trois phrases.
2. Analyse du texte.
2.1. Qu’est-ce qu’un « courant de convection » ? Une « rotation différentielle » ?
2.2. Tous les 11 ans à peu près, les pôles nord et sud « s’échangent » : qu’est-ce que cela signifie ?
2.3. En quoi la « rotation différentielle » peut-elle modifier l’état du champ magnétique solaire ?
2.4. Qu’est-ce qu’un « dipôle magnétique » ?
2.5. Qu’appelle-t-on « ligne de champ magnétique » ?
Représenter la topologie du champ magnétique terrestre, exemple de « champ dipolaire ».
3. Analyse de l’image
3.1. Que représente l’image ci-dessus ? Permet-elle de confirmer cette phrase du texte en référence :
« À l’époque d’un minimum d’activité, les pôles magnétiques sont plus intenses et confèrent au champ magnétique
solaire la structure d’un simple dipôle magnétique tel que celui d’un barreau aimanté » ?
3.2. En l’absence d’activité solaire, dans quelles régions du Soleil le champ est-il le plus intense ?
Cette intensité peut être 1000 fois plus élevée que sur Terre : donner l’ordre de grandeur de cette intensité,
dans l’unité de champ magnétique que l’on précisera.
 19 
L’ARPENTEUR DU WEB
CHAMP MAGNÉTIQUE ET GÉOMAGNÉTISME  GUY BOUYRIE
 Un exercice d’application pour nos élèves de première S : champ magnétique du Soleil
Correction
1. Quelques mots clés : champ magnétique solaire, mouvements de la matière conductrice, cycles solaires,
dipôle magnétique.
Le Soleil présente un champ magnétique qui est lié à l’existence en son sein de courants de matière
conductrice. Du fait de la rotation différentielle du Soleil, le champ magnétique créé varie de façon cyclique,
ce qui entraîne une inversion périodique des pôles. Cela rythme « l’activité solaire » : les pôles magnétiques
peuvent être analogues à ceux d’un dipôle magnétique ou au contraire s’effacent au profit de régions où
localement le magnétisme est intense.
2.1. « Courant de convection » : c’est un transport de matière au sein d’un fluide qui est un exemple de
transfert thermique qui maintient des différences de densité et d’agitation thermique d’un point à un autre du
fluide.
2.2. Les pôles magnétiques s’inversent brutalement, tous les 11 ans.
2.3. Le magnétisme est dû à l’existence de boucles de courant ; si la matière chargée est entraînée à des
vitesses de rotation différente, l’intensité du courant créé varie et le champ magnétique qui en résulte varie
également ; chaque boucle de courant crée son champ magnétique et au total, on observe une superposition
de champs magnétiques dont l’orientation résultante finale est très sensible à celle de chacune de ses
composantes.
2.4. Un dipôle magnétique est un ensemble indissociable de deux
pôles magnétiques de nom « opposé » (sud et nord), d’un « aimant »
ou d’une « boucle de courant » (on parle alors de face nord et face
sud).
Le champ créé par cette association est assimilable à celui créé par
S
un barreau droit aimanté.
2.5. Un aimant ou une boucle de courant modifie l’espace qui
l’entoure : dans celui-ci, règne un « champ magnétique » que l’on
N
peut cartographier avec de petites aiguilles aimantées. Celles-ci
s’orientent, par des interactions électromagnétiques, selon des lignes
ou directions privilégiées qui sont celles du champ magnétique.
Le champ magnétique en un point de l’espace est alors représenté
par un vecteur qui est tangent à la ligne de champ qui passe par ce
point.
Fig. 28bis : champ dipolaire terrestre
3.1. L’image donnée en référence est celle de la topographie du champ magnétique solaire hors activité ; les
régions polaires sont alors nettement différenciées : un maximum de lignes de champ pénètrent ou sortent de
ces régions. La phrase citée est donc exacte, même si dans la région équatoriale, on observe la présence de
pôles secondaires.
3.2. L’intensité du champ magnétique terrestre s’exprime en fraction de tesla T : il est de l’ordre du 10  5 T
(de 2,0 à 5,0  10  5 T à la surface du globe).
Le champ magnétique solaire peut donc atteindre localement 10  2 T.
 20 
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7. CHAMPS MAGNÉTIQUES ET SANTÉ HUMAINE
Lorsqu’on analyse l’impact des rayonnements électromagnétiques sur la santé humaine, on fait plutôt
référence au niveau du champ électrique qui règne dans la zone d’espace considérée. Il ne faut pas négliger
pour autant celle des champs magnétiques associés.
 Pour les câbles haute-tension : consulter le gestionnaire du réseau de transport de l’électricité en
Belgique : http://www.elia.be/fr/securite-et-environnement/environmental-compliance/champs-electriques-et-magnetiques .
Figure 29 : champ magnétique rayonné par un câble haute-tension en µT en
fonction de la distance (en m)
http://www.elia.be/fr/securite-et-environnement/environmental-compliance/champs-electriques-et-magnetiques
« Le champ magnétique généré par une ligne à haute tension dépend de la quantité de courant qui la
traverse. Étant donné que le champ magnétique est indépendant de la tension, une liaison à une tension plus
élevée ne produit pas, par définition, un champ magnétique plus intense. Toutefois, dans la pratique, les
champs magnétiques les plus élevés seront mesurés à proximité de lignes 380 kV. En effet, plus le niveau de
tension est élevé, plus la capacité de transport et donc le courant qui y circule sont élevés. La valeur
moyenne du champ magnétique sous les lignes ne dépasse généralement pas 3 µT et décroît rapidement avec
la distance. Les champs magnétiques ne sont pas atténués par l’enfouissement sous terre des conducteurs.
Les câbles souterrains génèrent des champs magnétiques qui peuvent même être supérieurs à une ligne
aérienne, mais ils décroissent plus vite avec la distance ».
Lire aussi :
http://www.clefdeschamps.info/J-habite-pres-d-une-ligne-haute
 Pour toutes les autres sources de champ magnétique :
http://www.astrosurf.com/luxorion/rayonnement-em-sante2.htm
« Les expositions mesurées varient largement mais donnent une moyenne d’exposition journalière de
0,10 µT. Cette valeur est mille fois inférieure à la limite standard de 100 µT recommandée pour le public et
200 fois inférieure à la limite d’exposition de 500 µT pour les travailleurs ».
8. CONCLUSION
Du fait de l’absence de toute loi physique concernant l’électromagnétisme dans nos programmes de lycée,
l’étude du champ magnétique en première S peut être considérée comme un « parent pauvre » dans ce
programme, souvent sacrifié faute de temps. Donc, au revoir la force de Lorentz qui pouvait rendre
motivante l’étude de l’interaction particule chargée / champ en Terminale S (accélérateurs synchrotron,
spectrographes de masse, vent solaire, etc.) ! Au revoir les lois de l’induction !
C’est pourquoi, dans le but d’ancrer les connaissances des élèves avec les disciplines voisines comme la
géologie, il nous a paru intéressant de développer le « géomagnétisme » qui offre beaucoup de
problématiques passionnantes et accessibles à nos élèves de lycée dans le cadre de leur programme.
Mieux connaître notre planète et notre système solaire s’impose dans une démarche de culture scientifique
pour tous.
 21 