La Terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant...) possède un champ magnétique (En physique, le champ magnétique est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction,...) produit par les déplacements de son noyau externe – composé essentiellement de fer et de nickel en fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps...) conducteurs – qui se comporte comme une gigantesque dynamo (Abréviation de dynamoélectrique, dynamo désigne une machine à courant continu fonctionnant en générateur électrique....).

Origine

Le champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe – composé essentiellement...) est engendré par les mouvements du noyau métallique liquide (La phase liquide est un état de la matière.) des couches profondes de la Terre.

Description

Le champ magnétique terrestre peut être comparé, en première approximation, à un aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et...) droit (un dipôle (D'une manière générale, le mot dipôle désigne une entité qui possède deux pôles. On le retrouve dans plusieurs...) magnétique) ou à une bobine plate parcourue par un courant. Le point (Graphie) central de cet aimant n'est pas exactement au centre de la Terre, il s'en trouve à quelques centaines de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini...).

La théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage...) du potentiel décrit, à partir de l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de...) de Laplace, qu'à cet aimant droit se superposent en second ordre un quadripôle, au troisième ordre un octopôle, etc., jusqu'à l'infini. Cette décomposition dite en harmoniques sphériques admet des coefficients qui pondèrent l'importance à attribuer à chaque aimant. Le premier à avoir mesuré leur valeur est Gauss à partir d'un maillage d'observatoires magnétiques répartis autour de la Terre, puis d'en tirer des études statistiques (La statistique (par opposition à une statistique) est l'ensemble des instruments et de recherches mathématiques...).

D'autres planètes du système solaire (Le système solaire est le nom donné au système planétaire composé du Soleil et des objets célestes gravitant autour de...) possèdent un champ magnétique important : Saturne, Uranus, Neptune et surtout Jupiter.

Bien que les aimants aient été connus depuis l'Antiquité, ce sont les Chinois qui, vers l'an 1000 les utilisèrent pour s'orienter à l'aide de la boussole (Une boussole est un instrument de navigation constitué d'une aiguille magnétisée qui s'aligne sur le champ magnétique...). La relation entre les aimants et le champ magnétique terrestre fut découverte en 1600, par William Gilbert, un physicien anglais et médecin de la reine Élisabeth I^re. Cette théorie est la première concernant des caractéristiques globales de la Terre, avant la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) d'Isaac Newton (Sir Isaac Newton était un philosophe, mathématicien, physicien et astronome anglais né le 4 janvier 1643 du calendrier...). Il démontra comment une boussole placée à la surface (Il existe de nombreuses acceptions au mot surface, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, souvent...) d'une boule magnétisée (la « Terrella ») indique toujours le même point, comme elle le fait sur la Terre.

Notion de pôle

Le champ magnétique terrestre peut être vu comme celui d'un aimant droit.

L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble, désigne intuitivement une collection d’objets (que l'on appelle éléments...) des lignes de champ magnétique de la Terre situées au-dessus de l'ionosphère (L’ionosphère est une région de l'atmosphère située entre la mésosphère et la magnétosphère, c'est-à-dire entre 60...), soit à plus de 1000 km, est appelé magnétosphère (La magnétosphère est la région entourant un objet céleste dans lequel les phénomènes physiques sont dominés ou...). L'influence du champ magnétique terrestre se fait sentir à plusieurs dizaines de milliers de kilomètres.

Le pôle Nord (Le pôle Nord est le point le plus au nord de la Terre.) magnétique terrestre est en réalité un pôle de magnétisme (On distingue plusieurs types de magnétisme selon que l'on s'attarde sur celui évoqué dans les sciences ou le magnétisme...) « sud » qui attire le pôle « nord » (en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) sur la figure) de l'aimant que constitue l'aiguille de la boussole. Cette erreur historique d'appellation conventionnelle des pôles de magnétisme nord sera difficile à rectifier ; noter sur la figure que le pôle de magnétisme nord de l'« aimant terrestre » pointe vers le sud (Sud est un nom :) géographique. L'axe géomagnétique, passant par les deux pôles magnétiques, fait un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) de 11,5° par rapport à l'axe de rotation de la Terre et de ce fait, le pôle nord magnétique (Nm) est à environ 1000 km du pôle nord géographique (Ng), en direction du Canada. La position actuelle du pôle nord magnétique est 81°N et 110°W mais il se rapproche actuellement du pôle nord géographique à une vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.) moyenne (Il y a plusieurs façon de calculer une moyenne d'un ensemble de nombres. Celle qu'il convient de retenir dépend de la...) de 40 km/an. En outre la position du pôle magnétique (Un pôle magnétique est un point de "convergence" des lignes de champ magnétique présentes (contrairement au pôle...) varie au cours de la journée, se déplaçant ainsi de plusieurs dizaines de km autour de sa position moyenne.

Le pôle Sud (Le pôle Sud est le point le plus au sud du globe terrestre suivant différentes définitions. Les plus courantes sont le...) magnétique, quant à lui, se trouve au large de la Terre Adélie, dans la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) d'Urville, à 65° S et 138°E.

Propriétés du champ magnétique

En un point donné du champ magnétique terrestre, le vecteur (En mathématiques, le vecteur est un objet véhiculant plus d'information que les nombres usuels, ou scalaires, et sur...) d'induction magnétique (Le phénomène d'induction électromagnétique (ou induction magnétique ou, simplement, induction) a pour résultat la...) B possède une composante verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) B_v (dirigée vers le centre de la Terre) et une composante horizontale B₀. Aux pôles magnétiques la composante horizontale a une valeur nulle. L'angle formé par B et B₀ est appelé « inclinaison ». Il augmente lorsque l'on se rapproche des pôles en tendant vers 90°.

Le vent solaire (Le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont éjectés de la haute...) est responsable de ces variations par les courants électriques qu'il génère dans l'ionosphère et la magnétosphère. Les orages magnétiques peuvent perturber le champ magnétique terrestre en faisant varier l'intensité de la composante horizontale B₀ (voir paragraphe ci-bas pour la signification de B₀). De plus, les vents solaires déforment le champ magnétique terrestre. Côté jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux...), il est aplati et du côté nuit, il s'étire sur une dizaine de rayons terrestres.

La valeur de l'induction magnétique est exprimée en Tesla. Actuellement, elle est de l'ordre de 47 μT au centre de la France.

L’archéomagnétisme, basé sur l'étude des traces de champ magnétique fixées dans les objets archéologiques (briques, céramiques, etc.), et le paléomagnétisme, basé plutôt sur les roches, permettent de comprendre l'évolution du géomagnétisme au fil du temps ; en datant les inversions de polarité magnétique au travers des âges, par exemple.

La boussole

L'aiguille de la boussole s'oriente suivant la composante horizontale B₀ en restant tangente à la ligne de champ du lieu où elle se trouve. L'aiguille indique la direction du pôle Nord magnétique (et non celle du pôle Nord géographique), la différence angulaire est appelée déclinaison magnétique, dont la valeur dépend du lieu où l'on se trouve. La déclinaison magnétique d'un lieu est fournie sur les cartes détaillées (1/50000 ou 1/25000) de la région. Sur les cartes marines est également fournie une estimation de sa variation annuelle (par exemple diminution de 6' par an). Dans la mesure où c'est le nord de la boussole qui se dirige vers le « Nord » magnétique, en réalité un pôle Sud selon les conventions de l'électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude des phénomènes électriques...).

Un bouclier protecteur de la Vie

La magnétosphère, créée par le champ magnétique terrestre, joue un rôle essentiel dans le développement de la vie sur terre en déviant les particules mortelles du vent solaire et des rayons cosmiques formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la...) ainsi un des plus magnifique phénomène naturel: les aurore boréale et australe. Lorsque le noyau se sera refroidi (dans quelques... milliards d'années) et qu'en conséquence le champ magnétique aura disparu, il est probable que les formes de vie existantes ne pourront plus subsister. Ces conditions sont celles qui règnent aujourd'hui sur la Lune (On appelle lune tout satellite naturel d'une planète, mais la Lune, avec un L majuscule, désigne le seul satellite...) et Mars.