Une représentation stylisée du champ magnétique de la Terre qui évite aux particules du vent solaire de pénétrer dans l'atmosphère (si ce n'est dans les régions polaires pour y dessiner des aurores). © Discovery Science

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En vidéo : le noyau terrestre simulé au laboratoire

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Pour mieux comprendre l'énigmatique champ magnétique terrestre, dû à des phénomènes complexes engendrés par la rotation du noyau, des géophysiciens tentent de les reproduire en laboratoire avec des machineries complexes. C'est le cas à l'ENS de Lyon avec l'expérience VKS, comme nous le montre un documentaire de la série Les clés de l'univers, de Discovery Science.

Le noyau de la Terre reconstitué en laboratoire  En faisant tourner du sodium liquide autour d'une sphère de 23 tonnes, les géophysiciens de l'université du Maryland simulent les conditions qui règnent autour du noyau de notre Planète. But du jeu : comprendre pourquoi la Terre est la seule planète tellurique du Système solaire à posséder un champ magnétique important qui nous protège des colères du Soleil. Voici cette étonnante expérience en vidéo. 

Pourquoi la Terre possède-t-elle un champ magnétique contrairement à ses sœurs telluriques Vénus et Mars ? Et comment est-il créé ? On commence seulement à comprendre ce phénomène, qui reste encore largement mystérieux. Grossièrement, le mécanisme ressemble à celui d'une dynamo où une bobine conduisant l'électricité est mise en rotation. Autour du noyau de la Terre, c'est la roche en fusion qui joue le rôle de la bobine. Mais les phénomènes sont autrement plus complexes et les scientifiques manquent d'outils théoriques pour les étudier. Il en est de même, à plus grande échelle encore, pour les mouvements de plasma dans le Soleil ou les étoiles qui génèrent de puissants champs magnétiques.

Les physiciens cherchent donc à expérimenter. Mais comment reproduire le noyau de la Terre au laboratoire ? C'est possible ! Du sodium liquide — un excellent conducteur d'électricité — mis en rotation au sein d'un puissant champ magnétique fait très bien l'affaire. C'est ce que nous avait expliqué Jean-François Pinton, de l'ENS de Lyon, qui a collaboré à la réalisation de l'expérience VKS (Von Karman Sodium).

Les lignes du champ magnétique terrestre dessinées par simulation numérique selon le modèle Glatzmaier-Roberts. En bleu, le champ est dirigé vers l'intérieur de la Terre, en orange vers l'extérieur. La région sphérique où ces lignes s'emmêlent correspond au noyau. Le phénomène est complexe et encore mal compris, ce qui impose de mener des expériences. © American Physical Society, 2008

Une sphère de trois mètres pour simuler le noyau terrestre

Aux États-Unis, le Geodynamo Lab de Daniel Lathrop (université du Maryland) poursuit un travail de ce genre avec des sphères métalliques entourées de sodium liquide. L'équipe a commencé avec un modèle de 20 centimètres de diamètre et a ensuite régulièrement augmenté la taille de ces dynamos. Elle en est aujourd'hui à 3 m (2,92 m exactement), d'où le nom de l'expérience actuelle : Three meter. Pour la chaîne Discovery Science, le documentaire Les clés de l'univers présente cette étrange machinerie où le sodium est lancé à 144 km/h autour d'une sphère de 23 tonnes.

Au centre se trouve une sphère métallique de 1 m de diamètre et le sodium liquide circule entre les deux. Une caméra filme ses mouvements grâce à un éclairage et à une injection de fluorescéine, tandis qu'un instrument à ultrasons mesure la vitesse par effet Doppler. En observant les champs électromagnétiques générés par cette installation, les scientifiques peuvent ainsi étudier leurs fluctuations. Les chercheurs ont ainsi découvert des instabilités inattendues, qui affecteraient le cœur des planètes mais aussi les étoiles en rotation, les disques protoplanétaires et l'accrétion de matière autour des trous noirs.