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Tectonique des plaques et inversions des pôles magnétiques seraient liées

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Les inversions du champ magnétique de la Terre sont banales depuis des centaines de millions d'années au moins. Elles ne se produisent cependant pas de façon périodique. Selon un groupe de géophysiciens du CNRS et de l'Institut de physique du Globe, ces irrégularités seraient liées aux modifications de la répartition des continents au cours des 300 derniers millions d'années.

Le graphique montre la comparaison entre la fréquence des renversements (en noir) et les variations de l’asymétrie équatoriale de l’enveloppe convexe des continents (en bleu). Les deux grandeurs ont été normalisées à l’époque actuelle. La courbe de fréquence des renversements et celle de l’asymétrie de position des continents sont très fortement corrélées. Cette observation suggère que les variations de fréquence des renversements du champ magnétique sont contrôlées par les processus convectifs du manteau (couche située entre le noyau liquide et la surface de la planète) dont les mouvements des plaques tectoniques sont la trace visible à la surface de la Terre. © François Petrelis

Le manteau de la Terre est constitué de roches silicatées alors que son noyau contient essentiellement du fer et du nickel. La partie supérieure du noyau est même liquide et elle est le siège de mouvements convectifs turbulents générant le champ magnétique de la Terre selon le mécanisme de ce qu'on appelle une géodynamo. Celle-ci, non seulement génère la magnétosphère de la Terre, mais provoque aussi des inversions de son champ magnétique. Elles se traduisent par une inversion des pôles magnétiques, de sorte qu'il y a plus de 780.000 ans, une boussole aurait pointé vers le pôle Sud.

On peut étudier les mécanismes de ces inversions au laboratoire comme l'ont montré les chercheurs de la collaboration VKS. Toutefois, tout n'est pas complètement compris dans ces inversions magnétiques. En particulier, les archives géomagnétiques de la Terre montrent qu'il n'y a pas vraiment de périodicités des inversions, même si certaines régularités peuvent toutefois être mises en évidence. De longues périodes sans inversion ont été séparées par des phases de renversements plus fréquents. On constate ainsi l'existence de superchrones, c'est-à-dire des périodes de stabilité de la polarité du champ magnétique de la Terre durant au moins 10 millions d'années.

On a cherché à comprendre l'évolution temporelle de ces inversions. Comme dans beaucoup de processus non linéaires, des phénomènes chaotiques mais déterministes pouvaient intervenir mais il pouvait aussi s'agir d'un phénomène complètement stochastique. Si l'on en croit trois géophysiciens français, il existerait cependant une corrélation entre la répartition des plaques tectoniques à la surface du Globe et la fréquence des inversions au moins depuis les 300 derniers millions d'années.


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Inspiré par les résultats de l'expérience VKS, les chercheurs se sont tournés vers une étude de la répartition des masses continentales au cours de ces derniers 300 millions d'années en évaluant le barycentre des continents afin de déterminer si celui-ci se trouvait au-dessus ou en dessous du plan équatorial.

Un couplage des convections du manteau et du noyau ?

En effet, les simulations effectuées avec VKS ainsi que des travaux théoriques ont montré qu'une inversion magnétique survenait sur Terre lorsque les mouvements du fer en fusion dans le noyau n'étaient plus symétriques par rapport au plan de l'équateur. Plus précisément, ce phénomène commencerait d'abord juste sous l'interface noyau-manteau puis gagnerait l'ensemble du noyau. Or, on sait que même s'ils ne se mélangent pas chimiquement, noyau et manteau ne sont pas indépendants physiquement et des panaches de matière mantellique prennent probablement naissance juste à la base du manteau, au-dessus de l'interface noyau-manteau cette fois-ci.

On pouvait donc soupçonner que les courants de convections, qui influencent la tectonique des plaques et qui sont eux-mêmes influencés en partie par la répartition des continents en surface, établissaient un couplage entre les inversions magnétiques et la répartition des continents. En dressant un bilan de la surface des continents situés dans l'hémisphère nord et ceux dans l'hémisphère sud, les chercheurs ont pu calculer un degré d'asymétrie (par rapport à l'équateur) dans la répartition des continents depuis quelques centaines de millions d'années et tenter de tester leur hypothèse.

Il semble bel et bien que le degré d'asymétrie ait varié au même rythme que le taux d'inversions magnétiques depuis le début de la dislocation de la Pangée il y a environ 200 millions d'années. On constate ainsi que plus le centre de gravité des continents s'éloignait de l'équateur, plus le rythme des inversions s'accélérait (jusqu'à atteindre huit par million d'années pour un degré d'asymétrie maximal).

Les chercheurs mettent toutefois en garde. S'ils ont raison, cela ne signifie cependant pas que ce sont les mouvements des plaques tectoniques qui provoquent les inversions de champs magnétiques. Cela veut simplement dire qu'une corrélation existe entre ce qui se passe dans le noyau liquide de la Terre et les mouvements du manteau liés à la tectonique des plaques.

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