Quand le champ magnétique bascule

Publié par Michel le 05/10/2012 à 00:00
Source: CNRS-INSU
De nouvelles données détaillent le déroulement des inversions du champ magnétique terrestre et bousculent les modèles en cours.

Des chercheurs de l'Institut de physique du globe de Paris (CNRS, Univ Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité) et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Hawaii mettent en évidence cette semaine dans la revue Nature le comportement singulier, en trois étapes, des inversions du champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe –...). L'étape intermédiaire responsable du basculement (Le basculement, dans le domaine de l'astronautique, est l'inclinaison progressive d'un véhicule...) du champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) du nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) au sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.), ou inversement, s'avère particulièrement rapide (moins de 1000 ans). Ceci remet en questions les idées et modèles actuels sur le déroulement des inversions du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique et les processus en jeu.


Fig 1. Trajectoires du pôle observées dans les enregistrements volcaniques les plus détaillés.
Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) proviennent de séquences de coulées de lave (La lave est une roche en fusion, plus ou moins fluide, émise par un volcan lors d’une...) superposées.
En orange, représentation du noyau avec son enveloppe liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) où se génère le champ magnétique
et la graine (Dans le cycle de vie des « plantes à graines », la graine est la structure qui...) solide. © Valet et al. 2012

Comme on le représente le plus souvent, le champ magnétique terrestre peut être, en première approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de...), comparé au champ engendré par un barreau aimanté situé au centre de notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...). Pour l'essentiel, il s'agit en effet d'un dipôle (D'une manière générale, le mot dipôle désigne une entité qui possède deux pôles. On le...) magnétique dont les deux pôles sont situés aux extrémités d'un axe actuellement incliné de 11,5 degrés par rapport à l'axe de rotation de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...). Sa position varie légèrement au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...). Cette partie dipolaire représente environ 90% du champ magnétique total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...). L'analyse du champ magnétique récent montre que la composante non dipolaire complémentaire (les 10% restants) possède quant à elle une structure plus complexe, et qui évolue rapidement dans le temps (de quelques décennies à un ou deux siècles) en comparaison de la composante dipolaire (de quelques siècles à un millénaire).

Toutefois, la stabilité apparente du dipôle magnétique est illusoire. Une de ses manifestations les plus spectaculaires à l'échelle des temps géologiques est le phénomène des inversions au cours desquelles les pôles magnétiques nord et sud s'échangent mutuellement. Depuis leur découverte par Brunhes il y a plus d'un siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...) (1906), les inversions du champ magnétique fascinent et demeurent relativement mystérieuses. Elles se produisent à intervalles irréguliers pouvant varier de 100 000 ans à plusieurs millions d'années. Leur origine est d'abord liée à l'affaiblissement du dipôle qui décroît lentement pendant plusieurs dizaines de milliers d'années, avant de croître dans la direction opposée en quelques millénaires seulement.

La plupart des spécialistes s'accordent pour considérer que, lors de la transition, le champ n'est plus dipolaire et laisse place à un champ non dipolaire complexe et sans doute analogue au champ non dipolaire actuel. Mais en dépit d'efforts acharnés pour reconstituer les variations du champ pendant ces événements très brefs à l'échelle géologique, il n'existe pas encore de vision synthétique du phénomène, en raison des difficultés à trouver des roches capables de l'enregistrer avec fidélité. Pendant longtemps, les sédiments accumulés en continu au fond des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...) ont été considérés comme le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau....), mais leur aimantation complexe atténue le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) des variations rapides du champ, notamment celles qui sont liées au champ non dipolaire lors des inversions.


Fig 2a. Illustration schématique des 3 phases (précurseur, renversement de polarité et rebond)
du processus de l'inversion. © Valet et al. 2012


Fig 2b. Durées respectives des 3 phases qui contituent le processus de l'inversion.
Notez la rapidité de la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) qui correspond au vrai changement de polarité
et qui témoigne sans doute de mécanismes différents de ceux des phases 1 et 3. © Valet et al. 2012

Les coulées volcaniques sont de meilleurs enregistreurs du champ magnétique que les sédiments, mais leur continuité (En mathématiques, la continuité est une propriété topologique d'une fonction....) dans le temps fait défaut. Comment suivre les variations passées du champ magnétique en analysant ce type de roches, alors que les éruptions volcaniques se produisent aléatoirement à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) du globe ? Les chercheurs ont intégré sur une base de temps commune les données issues de 10 séquences de coulées volcaniques superposées. Ils ont alors observé que les variations du champ étaient en concordance lors des inversions enregistrées dans chaque séquence et dont les âges sont distribués entre 0,8 et 180 Ma.

En superposant l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des données de façon cohérente Ils ont ainsi montré que toutes les inversions se sont déroulées suivant le même schéma qui n'a pas changé depuis 180 Ma (voir la Figure 1.). Le processus (voir les Figures 2a et 2b) se déroule en trois phases: un précurseur, le basculement lui-même, et un rebond.

Le précurseur et le rebond sont contrôlés par le champ non dipolaire, leur durée maximale ne dépasse pas 2,5 milliers d'années et la phase de transition elle-même dure au plus un millier d'années. Ce transit extrêmement rapide est la figure majeure du processus qu'il reste à comprendre. Pour les auteurs, il est sans doute associé à d'autres mécanismes que ceux qui régissent la variation séculaire ordinaire du champ non dipolaire. Une telle brièveté explique par ailleurs pourquoi il est très délicat d'obtenir des enregistrements détaillés et fidèles dans les sédiments et remet en cause la plupart des conclusions tirées de ces données. Cette structure dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) des inversions change notre vision du phénomène et constitue un nouveau défi pour les modèles théoriques et numériques de la dynamo (Abréviation de dynamoélectrique, dynamo désigne une machine à courant continu fonctionnant en...) terrestre.


Référence:

Dynamical similarity of geomagnetic field reversals, Jean-Pierre Valet, Alexandre Fournier, Vincent Courtillot, Emilio Herrero?Bervera
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