Planète

Le Magnétisme et le champ magnétique terrestre

Dossier - Petite vulgarisation de géologie abordée sous l'aspect historique
DossierClassé sous :géologie , tremblement de terre , volcanisme

-

Découvrir la géologie d'un point de vue historique.

  
DossiersPetite vulgarisation de géologie abordée sous l'aspect historique
 

Dès l'Antiquité, les Grecs découvrirent les premiers aimants naturels à Magnèse. Le fait qu'on peut aimanter une aiguille de fer en la frottant sur une certaine sorte de pierre (pierre d'aimant) permettra l'utilisation d'une invention des Chinois: la boussole. L'alignement de l'aiguille (du nord au sud) fut mis à profit lorsqu'on cherchait à s'orienter (utile à l'époque surtout pour les navigateurs).

Mais, les Européens devront attendre les explications théoriques de De Maricourt, en 1269, pour comprendre le fonctionnement scientifique de la boussole. On identifia alors le pôle nord magnétique dans la direction du bout de l'aiguille. Par contre, on devait encore comprendre pourquoi les aiguilles s'orientaient dans cette direction!

En 1600, Gilbert publia sa théorie dans laquelle il suggèra que la Terre se comporte, du point de vue magnétique, comme un aimant gigantesque. Mais, Curie découvrit en 1895 que les métaux (aux propriétés magnétiques) qui composent le noyau de la Terre (comme le fer et le nickel) perdent leurs propriétés magnétiques lorsque leur température est trop élevée (environ 760 0C, pour le fer ). Or, on estimait que la température du noyau de fer devrait être à plus de 1'000 0C.

Plus tard, Elsasser suggèra que la rotation de la Terre sur elle-même pouvait très bien provoquer des mouvements dans le noyau central (composé principalement de fer liquide). Ces déplacements d'atomes créent des courants électriques dont un effet observable serait le champ magnétique terrestre. Cette théorie est en accord avec les lois d'induction électromagnétiques (Faraday, Ampère, Maxwell) et aussi avec les observations de l'allure générale du champ magnétique terrestre.

Malgré tout, il reste quelques énigmes concernant ce champ magnétique :

Les pôles magnétiques sont distants d'environ 1'500 km des pôles géographiques de l'axe de rotation. De plus, la ligne magnétique nord-sud ne passe pas exactement au centre de la Terre. Quant à la direction qu'indique l'aiguille d'une boussole, elle varie légèrement lors d'un voyage d'est en ouest. On doit ainsi corriger les angles grâce à des tabelles (les déclinaisons magnétiques).
Remarquons à ce sujet que Sperry a inventé, en 1911, une technique pour déterminer les directions sans utiliser les propriétés magnétiques de la Terre (ni des boussoles). Sa méthode du gyrocompas utilise la tendance que possède une roue lourde, en rotation rapide sur elle-même, à résister à l'effet que lui communique la rotation de la Terre (principe d'inertie du gyroscope). Cette technique est plus précise pour le guidage des navires, avions, fusées, satellites, etc.

Mais, revenons à l'intensité du champ magnétique terrestre pour lequel on a constaté des variations au cours des temps géologiques. En effet, l'étude de certaines roches volcaniques nous permit d'observer des phénomènes intéressants. On peut dire que des cristaux se forment dans le sens de l'alignement du champ magnétique lorsque la lave s'est refroidie. Or Brunhes remarqua, en 1906, un alignement qui était parfois anormalement opposé à la direction actuelle du champ magnétique terrestre. Il fallu donc en déduire que le champ magnétique terrestre n'a pas toujours été tel qu'on l'observe aujourd'hui. A l'heure actuelle, on pense que le champ a changé 9 fois de sens au cours des 4 derniers millions d'années. Et, depuis 1670, le champ a perdu environ 15 % de son intensité, ce qui fait qu'on peut supposer que l'intensité du champ sera presque nulle vers l'an 4'000. Ensuite, les pôles devraient s'inverser, et ainsi de suite...

En outre, l'analyse des alignements magnétiques des roches issues de la grande faille océanique semble confirmer les oscillations régulières du champ. Quant aux explications théoriques de ces phénomènes, elles sont encore à préciser.

Le vent solaire

Sur une échelle de temps beaucoup plus courte cette fois, on observe d'autres variations du champ magnétique terrestre pendant les orages magnétiques ou les aurores boréales (au pôle nord, australes au pôle sud). Avec notamment comme caractéristiques une forte agitation des aiguilles des boussoles.

Le Soleil, durant ses périodes de fortes activités, en est le responsable. En effet, en ces moments là, son rayonnement particulier interagit dans la haute atmosphère (ionosphère terrestre). Les particules électrisées énergétiques sont attirées par les lignes du champ magnétique terrestre (dans la direction des pôles) en émettant une lumière spécialement belle au-dessus des régions polaires.

Quant aux orages magnétiques, on pense qu'ils sont dus au "vent solaire". En effet, un flux de particules électriques et magnétiques sort du soleil lors des éruptions, en association avec les protubérances et les taches solaires. Ce flux se fait sentir sur Terre 3 à 4 jours après sa naissance. Nous sommes atteints en permanence par le vent solaire, mais ses variations d'intensité sont importantes, comme Parker l'a montré en 1958.

Certains météorologues pensent actuellement que l'irrégularité du vent solaire pourrait influencer notre climat et éventuellement nos comportements socio-psychologiques.

La magnétosphère

Les lancements des premiers satellites, en 1958, ont été accompagnés d'expériences dans le but de mesurer la densité des rayons cosmiques, qui sont des particules chargées très énergétiques. Ces mesures ont révélé une anomalie: des zones bien précises de l'atmosphère sont très pourvues en rayons cosmiques (les ceintures de Van Allen). Plus tard, on baptisa magnétosphère cette région de notre atmosphère. On explique la présence de ces ceintures par le fait que les particules chargées sont "piégées" dans ces zones à cause de la géométrie des lignes du champ magnétique de la Terre.

On a constaté plus tard que le vent solaire confirmait la forme de la magnétosphère. La frontière est nette dans la direction du Soleil, s'étendant jusqu'à 65'000 km de la Terre. Mais de l'autre côté, la frontière est plus floue et s'étend peut-être jusqu'à un million de km.

Remarquons finalement que c'est le scientifique amateur Christofilos qui, le premier, avait déjà proposé en 1957 la théorie du piégeage magnétique. Mais ce n'est que bien plus tard que ses idées furent prises au sérieux par les spécialistes qui attribuèrent tout de même le nom d'effet Christofilos pour ce phénomène!>