Le paléomagnétisme et la dynamique de notre planète : du noyau à
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Le paléomagnétisme et la dynamique de notre planète : du noyau à la tectonique des plaques Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement Le vecteur champ magnétique Nord géographique Nord magnétique D I D: Déclinaison magnétique B Bas I: Inclinaison magnétique Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 La position du Nord magnétique varie… Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Déclinaison 5° 10° 15° 0° 5° 10° 20 15° 25° Ouest 1900 66° 1950 68° 1850 Inclinaison 70° 1800 1650 1600 72° 1750 1700 74° 76° La position du Nord magnétique varie… Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Tout ce passe comme s’il y avait un barreau aimanté… Mais il n’y en a pas ! Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 zone d'ombre géométrique graine Noyau liquide Manteau La propagation des ondes sismiques permet de connaître l’intérieur de la Terre (Inge Lehman: découverte de la Graine en 1936) Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Vitesse des ondessismiques (km/s) 14 12 10 8 6 graine Noyau liquideManteau 4 2 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Ondes de cisaillement Ondes de compression Rayon (en km) Graine Noyau liquide Manteau Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Vitesse sismique (km/s) manteau Noyau 8 Fe Cu 6 Al Li 4 Co Cr Mg Ag Na 0 0 2 4 6 8 10 12 Densité Expériences de laboratoire (Birch, 1963) Résultats sismologiques Le noyau liquide de notre planète est constitué pour l’essentiel de fer fondu Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Noyau liquide, métal fondu en mouvement… Ici l’aimant crée le champ Mouvement de la bobine Un métal bouge dans un champ magnétique => courants électriques induits Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Ces courants électriques créent un champ magnétique « secondaire » Cas de la Terre : dynamo autoentretenue: la géométrie des mouvements du fluide est telle que le champ « secondaire » créé renforce le champ initial Exemple: bobine parcourue par un courant, les lignes de champ sont visualisées par de la limaille de fer Source d’énergie: celle qui entretient les mouvements du fluide fondu ( convection): c’est le lent refroidissement de l’intérieur de la Terre Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 La rotation de la Terre organise la convection dans le noyau liquide en rouleaux parallèles à l’axe de rotation de notre planète. C’est pour cela que le pôle magnétique est proche du pôle géographique Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 La première simulation informatique de la géodynamo avait été réalisée à Los Alamos (USA) en 1999, grâce à l’emploi de super-ordinateurs Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Les mémoires magnétiques naturelles Laves, poteries, briques: thermorémanence Les laves acquièrent une aimantation thermorémanente lors de leur refroidissement. Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Chaque coulée a enregistré le champ lors de son refroidissement Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Acquisition de l’aimantation par les sédiments Des microparticules magnétiques (présentant un moment magnétique) s’orientent lors de leur dépôt dans la direction du champ magnétique, comme le feraient des micro-boussoles. Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Un peu d’histoire (récente) Inversions de polarité et Tectonique des plaques 1905: Observations géologiques suggestion de la dérive des continents (Alfred Wegener) 1906 : Laves aimantées en sens inverse (massif central)… hypothèse des inversions de polarité (Bernard Brunhes) Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Un peu d’histoire (récente) - 1906 : Laves aimantées en sens inverse… hypothèse des inversions de polarité (Bernard Brunhes) Discussion… l’aimantation des roches peut s’auto-inverser . - Fin des années 1950.. Méthode de datation K-AR Les roches ayant le même âge ont toutes la même polarité, quelque soit leur provenance => Confirmation des inversions de polarité Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Un peu d’histoire (récente) 1963-1965.. (Vine et Matthews) Si la tectonique des plaques est vraie, alors les fonds océaniques doivent avoir enregistré la succession des inversions du champ terrestre Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Un peu d’histoire (récente) Détection de la structure magnétique des planchers océanique dite en « rayure de pyjama » Confirmation de la tectonique des plaques, 1968 Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Pleistocène Pliocène 5 0 Un peu d’histoire (récente) NEOGENE 10 Miocène 15 20 20 25 Obtention des échelles de polarité à partir des profils magnétiques des planchers océaniques 30 Oligocène 35 PALEOGENE 40 40 45 Eocène 50 55 Paléocène 60 60 (Hertzler, 1968) pour commencer.. 65 Maastrichtien CRETACE SUPERIEUR 70 75 Campanien 80 Santonien 80 85 Coniacien Turonien Cénomanien 90 95 CRETACE INFERIEUR 100 Albien 105 100 Age en millions d’années 110 Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Un peu d’histoire (récente) Années 1970.. Positions passées des continents.. Essor de la tectonique des plaques dans les années 1970 (on peut « refermer » les océans en ramenant les anomalies magnétiques à la dorsale) Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Tectonique des plaques Actuel - 170 Millions d’années Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Etudes actuelles Le message des sédiments marins QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image. Le navire français Marion Dufresne Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Sédiments: aimantation détritique Le carottier du Marion Dufresne Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Une carotte prélevée par le navire Marion Dufresne (maxi : ≈ 60 m) Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 La carotte est mise à bord du Marion Dufresne Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 La carotte est découpée à bord du Marion Dufresne en tronçons d’1,5 m Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 le navire américain Joides Resolution Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Les carottages se font par tronçons de 9 m à bord du Joides Resolution Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Le derrick du Joides Resolution Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Analyses paléomagnétiques : lire l’aimantation naturelle La chambre amagnétique de l’équipe ChronoMag du LSCE, avec ses magnétomètres cryogéniques Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 But du paléomagnétisme : retrouver l’aimantation primaire M total M1 M0 M0 : Aimantation primaire M1, (M2..) : Aimantation(s) secondaire(s) (réchauffements, altérations… Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 -90 Inclinaison -60 -30 0 30 60 90 0 20 Variations du champ au cours du dernier million et demi d’années 40 60 0- 780 000 ans: polarité normale (pérides de Bruhnes) 80 100 m 100 120 780 000 ans inversion Brunhes -Matuyama 140 Polarité inverse 1 million d’années Polarité normale 1,1 million d’années 160 180 Polarité inverse 200 m 200 Profondeur Document Alain Mazaud, LSCE Inversion du « Jaramillo Supérieur » (1, 1 Ma) enregistrée dans les sédiments Atlantique Nord 120 -180 -90 0 0 90 180 -120 Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 Les inversions et les excursions Dynamique du noyau Similarité des trajectoires obtenues à différents sites Le champ a gardé une structure simple (dipolaire) lors des excursions (C. Laj and JET Channell, Treatise in Geophysics, Vol. 5, Geomagnetism (edt M. Kono), chapter 10, 2007). Dynamique du noyau, lien avec manteau Les mouvements du fluide et les champs magnétiques pendant les inversions dans le noyau semblent être influencés par la structure thermique du manteau inférieur. (Laj, Mazaud, Weeks, Fuller, Herrero-Bervera, Nature, 359, 111-112, 1991) Un outil stratigraphique Des carottes de différents océans ont enregistré des variations similaires du champ magnétique terrestre, en particulier de son intensité, lors de certaines excursions géomagnétiques On peut utiliser ces enregistrements pour placer des carottes éloignées (différents océans) sur une même chronologie Exemple d’étude (Mazaud, Kissel, Laj, Sicre, Michel, Turon (2007), Geochem. Geophys. Geosyst., 8, Q05012, doi:10.1029/2006GC001532) Un outil « environnemental » -nature, la taille, la quantité et l’organisation des grains magnétiques déposés dans les sédiments (océan, lacs, rivières) et relier ces informations aux variations du climat le magnétomètre à gradient vibrant du LSCE (équipe ChronoMag) Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007 - Une carotte (coupée en tronçons d’1 m 50) montrant une variation du dépôt au cours du temps … Cette variation peut être reliée aux changements climatiques Alain Mazaud , CEA-DSM Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Fête de la Science 2007
