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Des inversions magnétiques tracées grâce aux rayons cosmiques

Il y a 41.000 ans, notre planète s'est trouvée exposée à un intense flux de rayons cosmiques lors d'une inversion magnétique, baptisée « l'excursion de Laschamp ». En mesurant les concentrations d'un isotope radioactif du béryllium dans des couches sédimentaires, un groupe de chercheurs français vient de retrouver la trace de cet épisode. De quoi nous éclairer sur les phénomènes magnétiques à l'œuvre dans le noyau de la Terre.

Une représentation d'artiste sur fond d'une photo de la Nasa montrant la chute de rayons cosmiques sur Terre. Les particules des rayons cosmiques en heurtant les noyaux de la haute atmosphère génèrent des gerbes de particules secondaires. © Simon Swordy (U. Chicago), NASA Une représentation d'artiste sur fond d'une photo de la Nasa montrant la chute de rayons cosmiques sur Terre. Les particules des rayons cosmiques en heurtant les noyaux de la haute atmosphère génèrent des gerbes de particules secondaires. © Simon Swordy (U. Chicago), NASA

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On connaissait l’existence des inversions du champ magnétique de la Terre depuis les travaux de Bernard Brunhes sur des roches volcaniques au début du XXe siècle. Mais il a fallu attendre que Victor Vacquier invente le magnétomètre à saturation de flux, ou « fluxgate », et s’en serve, avec d’autres, pour cartographier le champ magnétique dans l’océan Pacifique pour que l’on découvre ces inversions enregistrées dans les laves du fond des océans pendant les années 1950. Au début, des années 1960, le lien fut fait entre ces enregistrements et la théorie de la dérive des continents d’Alfred Wegener.

Cette découverte des inversions mondiales du champ magnétique de la Terre dans les laves des fonds marins a ainsi été l’une des preuves décisives de la dérive des continents, ou plus exactement de l’expansion des fonds océaniques, pour reprendre l'expression employée dans le cadre de la théorie de la tectonique des plaques

Inversions, renversements et excursions magnétiques

On cherche depuis lors à mieux connaître l’histoire paléomagnétique de la Terre, notamment à mieux comprendre ces épisodes d'inversion. Comment et en combien de temps ce phénomène se produit-il ? Les inversions les plus manifestes dans les archives magnétiques de la Terre sont ce que l’on appelle des renversements. Le plus récent a eu lieu il y a environ 780.000 ans, à la fin de la période dite de Matuyama, du nom du géophysicien japonais qui fut le premier à proposer une chronologie des inversions magnétique globales de la Terre. Elle précède la période dite de Brunhes, celle où nous vivons.

Ces renversement se stabilisent donc durant de longues périodes. En revanche, il existe des phénomène semblables mais de courtes durées, avec un retour rapide à la polarité initiale du champ, lequel évolue en quelque sorte continûment : ce sont les excursions magnétiques. Le dernier de ces événements est connu sous le nom d’excursion de Laschamp et il date d'il y a 41.000 ans environ.

Victor Vacquier (1907-2009) était un géophysicien américain né à Saint-Pétersbourg, en Russie,Il a inventé le magnétomètre fluxgate ayant permis de faire la découverte des fameuses zébrures magnétiques du fond des océans, des preuves de la dérive des continents. ©2010, Regents of the University of California
Victor Vacquier (1907-2009) était un géophysicien américain né à Saint-Pétersbourg, en Russie,
Il a inventé le magnétomètre fluxgate ayant permis de faire la découverte des fameuses zébrures magnétiques du fond des océans, des preuves de la dérive des continents.
 ©2010, Regents of the University of California

Les excursions sont difficiles à mettre en évidence, ce qui est malheureux parce que leur étude pourrait être fondamentale pour mieux comprendre le noyau de la Terre. En effet, selon le géophysicien britannique David Gubbins, les excursions feraient intervenir des processus limités à la partie liquide du noyau. Ce n’est que lorsque la graine prend part elle aussi à une inversion magnétique que se produirait un renversement.

Une technique pour mettre en évidence ces excursions consiste à mesurer la concentration de béryllium 10 dans les sédiments des océans. Elle vient d’être appliquée avec succès par une équipe du Centre de recherche et d'enseignement de géosciences de l'environnement (Cerege, CNRS/Aix-Marseille Université/IRD/Collège de France).

La magnétosphère, un bouclier contre les rayons cosmiques

Cet isotope radioactif du béryllium est produit dans l’atmosphère par des collisions entre ses noyaux d’oxygène et d’azote et les particules des rayons cosmiques. Or, lors de la mise en place de renversements ou d’excursions magnétiques, le champ magnétique de la Terre s’affaiblit, de sorte que le bouclier que constitue la magnétosphère contre les rayons cosmiques devient moins efficace. La quantité de beryllium 10 produite augmente alors et on peut trouver trace de cette augmentation dans des carottes de glace ou de sédiments océaniques.

On avait trouvé cette signature dans des carottes de glace du Groenland, précisément pendant l’excursion Laschamp. Les chercheurs français viennent de la retrouver dans des carottes de sédiments océaniques récoltées au large du Portugal et de la Papouasie-Nouvelle Guinée, comme ils l’expliquent dans la revue Journal of geophysical research.

C’est un résultat important car il confirme que les fluctuations du taux de béryllium 10 sont enregistrées de façon identique et globalement sur Terre. Comme ces fluctuations coïncident avec celles obtenues par les mesures du magnétisme rémanent enregistré dans les laves du globe pendant l’excursion Laschamp, cela démontre que la méthode affinée depuis 10 ans au Cerege est fiable pour mettre en évidence et suivre de façon continu dans le temps ces excursions et d’autres inversions magnétiques.


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