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Champ magnétique terrestre

La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe – composé essentiellement de fer et de nickel en fusion conducteurs – qui se comporte comme une gigantesque dynamo.

Origine

Le champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe – composé essentiellement de fer et de nickel en fusion conducteurs – qui se comporte comme une...) est engendré par les mouvements du noyau métallique liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) des couches profondes de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...).

Description

Le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une...) terrestre peut être comparé, en première approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de précision et d'exactitude, de quelque chose, mais encore assez...), à un aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne des propriétés...) droit (un dipôle (D'une manière générale, le mot dipôle désigne une entité qui possède deux pôles. On le retrouve dans plusieurs domaines :) 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 comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.).

La théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) du potentiel décrit, à partir de l'équation de Laplace (En analyse vectorielle, l'équation de Laplace est une équation aux dérivées partielles du second ordre, dont le nom est un hommage au physicien mathématicien Pierre-Simon Laplace.), qu'à cet aimant droit se superposent en second ordre un quadripôle, au troisième ordre un octopôle, etc., jusqu'à l'infini (Le mot « infini » (-e, -s ; du latin finitus, « limité »), est un adjectif servant à qualifier quelque chose qui n'a pas de limite en...). Cette décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils soient d'origine animale ou végétale dès l'instant...) 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 (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5...) de la Terre, puis d'en tirer des études statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de données ainsi que la...).

D'autres planètes du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système...) possèdent un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) 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 de la Terre. Elle indique ainsi le nord...). La relation entre les aimants et le champ magnétique terrestre fut découverte en 1600, par William Gilbert, un physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot physicien...) anglais et médecin (Un médecin est un professionnel de la santé titulaire d'un diplôme de docteur en médecine. Il est chargé de soigner les...) de la reine Élisabeth Ire. 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 grégorien[1] au manoir de Woolsthorpe près de Grantham et mort le 31 mars 1727[1] à Kensington. Figure emblématique des...). Il démontra comment une boussole placée à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) 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.
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 (les éléments de l'ensemble),...) 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 et 800 km d'altitude. Elle est constituée de gaz fortement ionisé à très faible pression (entre 2.10-2 mb et 1.10-8 mb)...), 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 organisés par son champ magnétique.). 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 (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces attractives ou répulsives d'un objet sur un autre, ou avec des charges...) " 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 (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) sera difficile à rectifier ; noter sur la figure que le pôle de magnétisme nord de l'" aimant terrestre " pointe vers le sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) 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 (On distingue :) moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur...) 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 géographique) ; on parle de pôle nord et de pôle sud.) 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 de la surface de la Terre, diamétralement opposé au pôle Nord. Il est situé sur le continent...) 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, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet d'effectuer des opérations d'addition et de multiplication par un scalaire. Un n-uplet peut constituer un exemple de vecteur,...) d'induction magnétique (Le phénomène d'induction électromagnétique (ou induction magnétique ou, simplement, induction) a pour résultat la production d'une différence de potentiel aux bornes d'un conducteur...) B possède une composante verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) Bv (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 atmosphère du Soleil. Pour les étoiles autres que le Soleil, on...) 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 nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...), 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 (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission européenne dans le cadre...) 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 et magnétiques dans leur synthèse du champ électromagnétique : le champ électromagnétique est produit par les...).

Un bouclier protecteur de la Vie (La vie est le nom donné :)

La magnétosphère, créée par le champ magnétique terrestre, joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) un rôle essentiel dans le développement de la vie sur terre en déviant les particules mortelles du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur...) solaire et des rayons cosmiques formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque voyelle se...) 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 (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la Terre de la Lune est de...) et Mars.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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