(Champ magnétique terrestre)

Christian Loverde
Champ magnétique terrestre
Lycée Jaufré Rudel
Première Sti
Champ magnétique terrestre (Wikipédia, Nasa et autres sources)
La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe
Le noyau externe est composé essentiellement de fer et de nickel en fusion conducteurs - qui se
comporte comme une gigantesque dynamo.
L'effet dynamo est une théorie géophysique qui explique
l'origine du champ magnétique terrestre. Dans le mécanisme de
cette dynamo le mouvement liquide dans le noyau externe de la
terre déplace un matériau conducteur (fer liquide) et génère un
courant électrique.
Ce courant électrique produit un champ magnétique qui se
trouve le long de l'axe de la rotation de la terre.
Le Dr Xiaodong Song, de l'Université d'Illinois et le Dr Paul
Richards de l'Université de Columbia viennent (25 août 2005)
d'apporter la preuve que le noyau solide interne tournait plus
vite que le reste de la planète.
Le champ magnétique produit peut être comparé , en première approximation, à un aimant droit ou à
une bobine plate parcourue par un courant.
Saturne, Uranus, Neptune et surtout Jupiter possèdent un champ magnétique important.
La boussole
Bien que les aimants aient été connus depuis l'Antiquité, ce
sont les Chinois qui, vers l'an 1000 les utilisèrent pour s'orienter
à l'aide de la boussole.
La relation entre les aimants et le champ magnétique terrestre
fut découverte en 1600, par William Gilbert, un physicien
anglais et médecin de la reine Elisabeth I.
Cette théorie est la première concernant des caractéristiques
globales de la Terre, avant la gravité d'Isaac Newton. Il
démontra comment une boussole placée à la surface d'une
boule magnétisée (la "Terrella") indique toujours le même point,
comme elle le fait sur la Terre.
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L'aiguille de la boussole s'oriente suivant la composante horizontale du champ magnétique terrestre
en restant tangente à la ligne de champ du lieu où elle se trouve.
L'aiguille indique la direction du pôle Nord magnétique et non
celle du pôle Nord géographique, la différence angulaire est
appelée déclinaison magnétique, dont la valeur dépend du lieu
où l'on se trouve.
La déclinaison magnétique d'un lieu est fournie sur les cartes
détaillées (1/50000 ou 1/25000) de la région. Sur les cartes
marines est également fournie une estimation de sa variation
annuelle.
Dans la mesure où c'est le nord de la boussole qui se dirige
vers le "Nord" magnétique, ce "Nord" est en fait un pôle Sud,
selon les conventions de l'électromagnétisme.
En un point donné du champ magnétique terrestre, le champ
magnétique possède une composante verticale dirigée vers le
centre de la Terre et une composante horizontale. Aux pôles
magnétiques la composante horizontale a une valeur nulle.
L'angle formé par le champ et sa composante horizontale est
appelé inclinaison. Il augmente lorsque l'on se rapproche des
pôles en tendant vers 90°.
La valeur de l'induction magnétique est exprimée en tesla.
Actuellement, elle est de l'ordre de 47 µT au centre de la
France.
Description du champ magnétique terrestre
L'ensemble des lignes de champ magnétique de la Terre situées au-dessus de l'ionosphère, soit à
plus de 1000 km, est appelé magnétosphère.
L'influence du champ magnétique terrestre se fait sentir à plusieurs dizaines de milliers de kilomètres.
Image:
Le pôle Nord magnétique terrestre est en réalité un pôle de
magnétisme « sud » qui attire le pôle « nord » de l'aimant
que constitue l'aiguille de la boussole. Cette erreur historique
d'appellation conventionnelle des pôles de magnétisme nord
sera difficile à rectifier ; noter que le pôle de magnétisme
nord de l'« aimant terrestre » pointe vers le sud
géographique. L'axe géomagnétique, passant par les deux
pôles magnétiques, fait un
angle de 11.5° par rapport à
l'axe de rotation de la Terre et
de ce fait, le pôle nord
magnétique (Nm) est à environ
1000 km du pôle nord
géographique (Ng), en
direction du Canada. Le pôle
nord magnétique se rapproche actuellement du pôle nord géographique
à une vitesse moyenne de 40 km/an. La position du pôle magnétique
varie au cours de la journée, se déplaçant ainsi de plusieurs dizaines de
km autour de sa position moyenne.
Le vent solaire est responsable de ces variations par les courants
électriques qu'il génère dans l'ionosphère et la magnétosphère. Les
orages magnétiques peuvent perturber le champ magnétique terrestre
en faisant varier l'intensité de la composante horizontale Bo. De plus,
les vents solaires déforment le champ magnétique terrestre. Côté jour, il
est aplati et du côté nuit, il s'étire sur une dizaine de rayons terrestres.
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Un bouclier protecteur de la Vie
La magnétosphère, créée par le champ magnétique terrestre, joue un rôle essentiel dans le
développement de la vie sur terre en déviant les particules mortelles du vent solaire et des rayons
cosmiques. Lorsque le noyau
se sera refroidi (dans
quelques... milliards d'années)
et qu'en conséquence le
champ magnétique aura
disparu, il est probable que les
formes de vie existantes ne
pourront plus subsister. Ces
conditions sont celles qui
règnent aujourd'hui sur la Lune
et Mars.
La magnétosphère (image
NASA) terrestre est l'ensemble
des lignes de champ
magnétique de la Terre situées
au-delà de l'ionosphère, c'està-dire au-dessus de 800 à 1
000 km d'altitude. S'il n'y avait
pas de vent solaire, le spectre
magnétique de la Terre serait
semblable à celui d'un aimant
droit isolé. En réalité, la
magnétosphère agit comme un écran et protège la surface terrestre des excès du vent solaire, nocif
pour la vie. Elle s'oppose au vent solaire comme une culée de pont dévie le courant d'une rivière. En
contrepartie le vent solaire déforme le spectre magnétique de la Terre en lui donnant une forme de
comète.
Chaque planète magnétisée (Mercure, la Terre, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) possède sa
propre magnétosphère.
Dans les régions polaires, du côté du Soleil (côté jour), se trouvent les cornets polaires. Les cornets
polaires agissent comme des entonnoirs dans lesquels les particules électrisées du vent solaire
peuvent pénétrer et provoquer l'apparition d'aurores
polaires.
Les aurores, boréales dans l'hémisphère nord,
australes dans l'Antarctique, se forment dans les
zones aurorales nord et sud.
Du côté nuit, les lignes de champ ne se referment pas
et constituent la queue avec le feuillet neutre et la
couche de plasma. La queue s'étire à plus de 300
000 km dans la direction opposée au Soleil.
A moins de quelques milliers de km de la surface
terrestre se trouve une zone annulaire placée dans le plan de l'équateur magnétique dans laquelle
des particules électrisées, protons et électrons provenant du vent solaire, peuvent se retrouver piégés
par le champ magnétique. C'est là que se forment les ceintures de Van Allen ou ceintures de
radiations.
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Structure interne de la Terre
En partant de la surface :
•
Ecorce terrestre : elle fait 30 à 100 km d'épaisseur (sous les
massifs montagneux).
• Le manteau, composé de lave liquide, séparé de la croûte
terrestre par la discontinuité de Mohorovicic (M) et est
l'objet de courants de convection de lave liquide (E).
• La partie externe du noyau, de 7000 km de diamètre, qui
est à l'état liquide.
• La partie interne du noyau, de fer et de nickel, de 2400 km
de diamètre, qui est à l'état solide.
La structure interne de la Terre est répartie en plusieurs enveloppes
successives, dont les principales sont la croûte terrestre, le
manteau et le noyau. Cette représentation est très simplifiée
puisque ces enveloppes peuvent être elles-même décomposées.
Pour repérer ces couches, les sismologues utilisent les ondes
sismiques, et une loi : Dès que la vitesse d'une onde sismique change brutalement et de façon
importante, c'est qu'il y a changement de milieu, donc de couche. Cette méthode a permis, par
exemple, de déterminer l'état de la matière à des profondeurs que l'homme ne peut atteindre.
(manteau profond - noyau)
Variation séculaire du champ magnétique terrestre
On appelle variation séculaire, le lent changement du champ magnétique terrestre sur des périodes
allant de quelques années à des millénaires. Elle a été
découverte en 1634, par Henry Gellibrand qui a
comparé ses observations de la déclinaison
magnétique à Londres à des observations
précédentes.
La figure montre la variation de la déclinaison entre
1783 et 2000 à San Francisco.
Tous les éléments du champ magnétique, et non
seulement la déclinaison, varient avec le temps
Aspects importants de la variation séculaire : cette
variation n'est pas stable, aussi bien dans le temps que
dans l'espace. La moyenne annuelle de la variation de
la composante verticale en valeur absolue est
d'environ 45 nT/a.
Selon l’
L'Université de
l'Orégon, le pôle
Nord se déplace
de façon
raisonnable de
l'Amérique du
Nord vers la
Sibérie. Le voyage
vers la Sibérie
prendra fin d'ici 50
ans.
En 2001, le pôle
Nord s’est déplacé
de 40Km/an. Le
pôle Sud ne s'est
pas déplacé de la
même façon.
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