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La trace magnétique des oscillations du noyau de la Terre

ActualitéClassé sous :géologie , géomagnétisme , geodynamo

En utilisant les variations du champ magnétique de la Terre dans le temps et l'espace enregistrées depuis plusieurs siècles, deux géophysiciens ont vérifié qu'il existait bel et bien des mouvements d'oscillations de la partie liquide du noyau de la Terre. Les observations sont en bon accord avec la théorie.

A l'interface du manteau et du noyau de la Terre, là où débutent les oscillations mesurées à l'aide du géomagnétisme, on pense que doit se trouver un mélange de fer liquide et de de grains d'olivine similaires à celui présent dans les météorites appelées des pallasites. Crédit : Arizona Skies Meteorites

La structure de l'intérieur de la Terre est explorée depuis plus d'un siècle à l'aide des mesures de son champ de gravité, des variations de sa rotation et surtout grâce aux ondes sismiques générées par les séismes. A l'occasion de certains d'entre eux, particulièrement puissants, le globe terrestre en entier peut se mettre à résonner à la façon d'un cloche. On parle de l'excitation de ses modes propres, un peu à la façon dont apparaissent les ondes stationnaires sur une corde.

Grâce à la science du géomagnétisme, les géophysiciens disposent d'un autre outil pour sonder les entrailles de la Terre. En effet, on sait que le champ magnétique terrestre est généré par les mouvements turbulents à l'intérieur de la partie liquide du noyau de notre planète, composé essentiellement de fer et de nickel. On comprend de mieux en mieux le mécanisme de la géodynamo à l'origine de ce champ et l'expérience VKS, réalisée il y a quelques années, a confirmé les scénarios d'inversions des pôles magnétiques, découverts il y a plus de 100 ans.

On sait que la rotation de la Terre intervient dans le mécanisme de la géodynamo. On s'en doutait depuis longtemps car l'axe de rotation de la Terre ne diffère que de 11° de celui de la composante dipolaire du champ magnétique. En modélisant le comportement fluide de la partie liquide du noyau entre le manteau et la graine, on est conduit à admettre que tout se passe en gros comme s'il existait 20 cylindres en rotation avec différentes vitesses autour d'un axe commun. Cette situation fait d'ailleurs penser à une expérience bien connue en mécanique des fluides, celle de l'écoulement de Couette-Taylor.

Les calculs prédisent alors des mouvements d'oscillations comparables à des vagues sur la surface de l'océan à l'intérieur du fluide du noyau. Ils prendraient naissance à l'interface du manteau et du noyau et se propageraient ensuite en s'affaiblissant en direction de la graine, en quelques dizaines d'années. Ces mouvements sont lents à l'échelle humaine mais très rapides à l'échelle géologique, où l'unité de mesure est plutôt le million d'années. Pour les périodes de ces oscillations, des valeurs de 85, 50, 35 et 28 ans sont sorties des calculs effectués par des théoriciens comme Stephen Zatman et Jeremy Bloxham, de l'Université de Harvard, et de Jon Mound et Bruce Buffett de l'Université de Chicago.

Or, ces modes d'oscillations du fluide conducteur doivent se retrouver codés dans les variations spatio-temporelles du champ magnétique de la planète. En utilisant les données enregistrées par les observatoires de ce champ, celles obtenues par les marins parcourant les mers du globe depuis des siècles et les récentes données fournies par les satellites danois et allemands Oersted et Champ, il devait être possible de vérifier ces calculs.

C'est ce que viennent de faire Jean Dickey du Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, et Olivier de Viron de l'Institut de Physique du Globe de Paris. Comme ils l'expliquent dans un article récent de Geophysical Research Letters, les méthodes d'analyses, utilisant ce qu'on appelle des séries temporelles, révèlent la présence de 6 fréquences d'oscillations lentes, dont les 4 données précédemment semblent assez bien établies et confirment les calculs des théoriciens. Cela renforce l'idée qu'il est possible d'utiliser les mesures du champ magnétique réalisées par des satellites pour étudier en détails l'intérieur du noyau.

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