Le magnétisme en quelques mots
Un champ magnétique facilement repérable
|
| Le champ magnétique terrestre est mis en évidence à la surface de la Terre, par l’aiguille aimantée d’une boussole ou un simple aimant qui s’oriente dans une direction toujours identique quelque soit l’endroit où on fait la mesure. Cette direction est proche de la direction du nord géographique ; on l’appelle pôle nord magnétique et on a évidemment appelé pôle sud magnétique le point opposé. Les lois générales du magnétisme nous montrent que le magnétisme de la Terre est proche de celui d’un aimant, avec son magnétisme Sud au voisinage du pôle géographique Nord et vice-versa. En conséquence, les lignes de force du champ magnétique terrestre entrent à l’intérieur de la Terre dans l’hémisphère Nord et sortent vers l’extérieur dans l’hémisphère Sud. |
Plusieurs manières de décrire le champ magnétique
Le champ magnétique terrestre en un point correspond à un vecteur avec une direction, un sens et une longueur. Il est défini en tout point de la Terre par un certain nombre d’éléments. On peut projeter ce vecteur sur trois axes de coordonnées perpendiculaires liés aux coordonnées géographiques. On obtient 2 composantes horizontales et 1 composante verticale. On peut aussi mesurer l’angle que fait ce vecteur avec le plan vertical du méridien de Greenwich, on appelera cet angle la déclinaison, c’est un angle horizontal. On doit alors mesurer aussi l’angle que fait le vecteur avec le plan horizontal, on appelera cet angle l’inclinaison, c’est un angle vertical. Enfin, on peut mesurer la longueur du vecteur, on l’appelera l’intensité. Déclinaison, inclinaison et intensité sont équivalents aux mesures faites par les astronomes pour décrire la position d’une étoile et qu’ils appellent azimut, hauteur et magnitude.
Il ne faut pas confondre pôles géographiques et pôles magnétiques
Les pôles géographiques matérialisent l’axe de rotation de la Terre, les pôles magnétiques, l’axe du champ magnétique. Ces deux axes sont proches mais pas confondus. La distance entre les deux axes varie au cours du temps. On parle de dérive des pôles magnétiques. Depuis 50 ans, cette distance n’a pas cessée d’augmenter. A cause de cette différence, chercher le nord géographique, c’est à dire le nord des cartes géographiques, avec une boussole est une erreur. Il faut tenir compte de la déclinaison et corriger la mesure faite à la boussole. La valeur de la déclinaison est toujours indiquée sur les cartes topographiques, les top25 au 25 000 ème de l’IGN par exemple. Cette valeur est assortie d’une date puisque les pôles dérivent. En France le risque d’erreur est faible, la déclinaison est de quelques degrés seulement.
Une origine du champ magnétique au centre de la terre
Aujourd’hui on sait que le champ magnétique mesuré à la surface de la Terre est la somme de deux parties, un champ interne ayant ses sources à l’intérieur du globe terrestre et un champ externe ayant ses sources à l’extérieur de la Terre.
Le champ magnétique interne est la somme d’un champ principal et d’un champ crustal. Le champ principal a sa source à l’intérieur du globe ; on l’attribue à la circulation de courants électriques dans le noyau externe liquide et conducteur, situé à 2900 km sous la surface de la Terre, les forces électromotrices étant dues à un « effet dynamo ». Les mouvements s’expliquent par l’existence dans le noyau de courants de convection d’origine thermique ; par contre le mécanisme créant les forces électromotrices reste difficile à expliquer. Le champ crustal a ses sources dans la croûte terrestre. Il est engendré par des roches aimantées, situées immédiatement sous la surface de la Terre.
Le champ magnétique externe est créé par l’interaction du vent solaire avec l’ionosphère et la magnétosphère. Il s’exprime comme la somme de deux champs issus de courants électriques circulant dans l’ionosphère, située à une centaine de kilomètres d’altitude, et dans la magnétosphère, située au-delà de l’ionosphère, c’est-à-dire au dessus de 800 à 1000 kilomètres d’altitude. Ces courants varient dans le temps, en réponse aux marées thermiques dans l’ionosphère et en fonction de l’intensité du vent solaire qui varie avec l’activité solaire.
L’intensité du champ magnétique terrestre est très faible
On mesure l’intensité d’un champ magnétique en Tesla, en Gauss ou encore en Gamma. 1 Gauss vaut 10-4 Tesla soit 0,0001 Tesla. Un Gamma équivaut à un nanotesla c’est à dire 10-9 Tesla soit 0,000000001 Tesla. Le nanotesla est un milliardième de Tesla. On les note respectivement nT et T. Le champ principal représente plus de 90 % du champ magnétique mesuré à la surface de la Terre et varie en intensité entre 65 000 nT aux pôles et 30 000 nT à l’équateur. Le champ crustal représente quelques centaines de nT. L’intensité du champ magnétique externe varie de quelques nT pendant les périodes magnétiques calmes à quelques milliers de nT pendant les orages magnétiques solaires. Pour comparaison, un aimant de la taille d’une pièce de monnaie dégage un champ d’un Tesla. Une IRM à l’hôpital, quelques Teslas.
Un champ magnétique qui peut s‘inverser
Les paléomagnéticiens qui étudient les champs magnétiques du passé, utilise la direction d’aimantation acquise par certaines roches lors de leur refroidissement dans le champ magnétique au moment du refroidissement. C’est une direction fossile. Ces études ont permis d’établir l’existence des inversions du champ magnétique terrestre et de les dater. On dispose maintenant d’une échelle d’inversion couvrant les 200 derniers millions d’années. La dernière inversion s’est produite il y a environ 780 000 ans. L’intervalle entre deux inversions est très variable et il ne faut que quelques milliers d’années pour inverser les pôles que le pôle sud deviennent pôle nord et inversement ; une durée faible à l’échelle des temps géologiques.
Le champ magnétique terrestre nous protège du vent solaire
Le vent solaire est constitué essentiellement d'ions et d’électrons qui sont éjectés de la haute atmosphère du soleil. Ce flux varie en vitesse et en température au cours du temps en fonction de l’activité du soleil. L’ensemble des lignes du champ magnétique terrestre est appelé magnétosphère. La magnétosphère nous protège du vent solaire. Elle est déformée par ce flux de particules, notamment très aplatie du coté du soleil. Les aurores polaires, sont provoquées par l’intéraction entre les particules du vent solaire et la haute atmosphère et sont visibles à proximité des pôles. Magnifiques spectacles colorés, elles sont malheureusement liées à une activité importante du soleil et sont accompagnées de perturbations qui peuvent être graves sur les télécommunications, les systèmes de distribution électrique ... Le Canada notamment a déjà connu plusieurs pannes électriques, par exemple une en 1989 au Québec qui avait touché 6 millions de personnes.
Et si le noyau qui produit notre champ magnétique tombait en panne ? Par diffusion, on conserverait en surface un champ magnétique protecteur pendant encore 15 000 ans.