PARTIE 2 | La Terre interne actuelle
H Le champ magnétique de la Terre
Le magnétisme terrestre (géomagnétisme) a été étudié avant la gravité. Au cours
des derniers siècles, les découvertes se sont succédé et ont montré qu’il est produit
par un mécanisme très spécial : une dynamo auto-entretenue par des écoulements
dans le noyau liquide conducteur. Le champ magnétique de la planète révèle donc
des aspects de la dynamique qui s’opère à plus de 3 000 km sous nos pas.
1,1| Observer le champ magnétique terrestre
Un champ magnétique caractérise les interactions entre des charges électriques en mouvement. Par exemple, un électron d’un atome qui tourne autour du noyau a la capacité d’exercer
une force sur un autre électron à proximité. Les aimants et les courants électriques sont des
sources de champ magnétique. Celui-ci est mesuré par un vecteur : une direction, et une
intensité exprimée en Tesla (T). Le champ magnétique terrestre à la surface est d’environ
5 ■ 10-5 T. La force de Lorentz est la force exercée par le champ. C’est elle qui oriente la
boussole par exemple.
En Occident, dans l’Antiquité, les Grecs tentent de percer les secrets des propriétés des aimants. Ces minéraux étaient principalement connus dans la cité de
Magnésie, qui donna son nom au magnétisme. Du côté de la Chine, la description
des aimants date d’une période similaire, quelques siècles avant Jésus-Christ. Ce
n'est que plus de dix siècles après que ces civilisations utilisèrent les propriétés
magnétiques comme moyen de se repérer en créant des boussoles. Le chinois Shen
Kuo au xie siècle propose qu’un pôle Nord magnétique puisse être différent du pôle
Nord géographique (les premières boussoles dateraient d’environ 1040 en Chine).
Les progrès de la physique ont permis au xixe siècle de faire des avancées théoriques
importantes : Hans Christian 0rsted découvre qu’un courant électrique peut dévier
la boussole, puis André-Marie Ampère produit une loi reliant champ magnétique
et champ électrique, et enfin James Clerk Maxwell propose une théorie unifiée de
1 électromagnétisme, qui pourtant reste incompatible avec la mécanique classique.
Albert Einstein résout le problème avec sa relativité restreinte au début du xxe siècle.
La voie est ouverte pour sonder les propriétés magnétiques de la matière et du
cosmos. Aujourd'hui, les humains peuvent produire des champs magnétiques de
plusieurs milliers de teslas, soit presque 1 milliard de fois supérieur à celui de la
Terre. Des supraconducteurs toujours plus performants, les progrès de l’imagerie
magnétique à résonance nucléaire (IRM) et la magnétohydrodynamique promettent
des avancées technologiques extraordinaires.
Mesurer le champ magnétique terrestre
11 n a pas fallu attendre les avancées scientifiques pour réaliser des observations
du champ magnétique. Des relevés existent depuis des siècles sur presque tous les
continents. L orientation du champ y est décrite : la déclinaison mesure l’angle entre
la partie horizontale du champ et la direction du Nord géographique ; l’inclinaison
mesure 1 angle entre la partie verticale du champ et l’horizontale (figure 7.1). Pour
150
mesurer 1 inclinaison, une boussole tridimensionnelle est donc nécessaire.
H Le champ magnétique de la Terre
Le magnétisme terrestre (géomagnétisme) a été étudié avant la gravité. Au cours
des derniers siècles, les découvertes se sont succédé et ont montré qu’il est produit
par un mécanisme très spécial : une dynamo auto-entretenue par des écoulements
dans le noyau liquide conducteur. Le champ magnétique de la planète révèle donc
des aspects de la dynamique qui s’opère à plus de 3 000 km sous nos pas.
1,1| Observer le champ magnétique terrestre
Un champ magnétique caractérise les interactions entre des charges électriques en mouvement. Par exemple, un électron d’un atome qui tourne autour du noyau a la capacité d’exercer
une force sur un autre électron à proximité. Les aimants et les courants électriques sont des
sources de champ magnétique. Celui-ci est mesuré par un vecteur : une direction, et une
intensité exprimée en Tesla (T). Le champ magnétique terrestre à la surface est d’environ
5 ■ 10-5 T. La force de Lorentz est la force exercée par le champ. C’est elle qui oriente la
boussole par exemple.
En Occident, dans l’Antiquité, les Grecs tentent de percer les secrets des propriétés des aimants. Ces minéraux étaient principalement connus dans la cité de
Magnésie, qui donna son nom au magnétisme. Du côté de la Chine, la description
des aimants date d’une période similaire, quelques siècles avant Jésus-Christ. Ce
n'est que plus de dix siècles après que ces civilisations utilisèrent les propriétés
magnétiques comme moyen de se repérer en créant des boussoles. Le chinois Shen
Kuo au xie siècle propose qu’un pôle Nord magnétique puisse être différent du pôle
Nord géographique (les premières boussoles dateraient d’environ 1040 en Chine).
Les progrès de la physique ont permis au xixe siècle de faire des avancées théoriques
importantes : Hans Christian 0rsted découvre qu’un courant électrique peut dévier
la boussole, puis André-Marie Ampère produit une loi reliant champ magnétique
et champ électrique, et enfin James Clerk Maxwell propose une théorie unifiée de
1 électromagnétisme, qui pourtant reste incompatible avec la mécanique classique.
Albert Einstein résout le problème avec sa relativité restreinte au début du xxe siècle.
La voie est ouverte pour sonder les propriétés magnétiques de la matière et du
cosmos. Aujourd'hui, les humains peuvent produire des champs magnétiques de
plusieurs milliers de teslas, soit presque 1 milliard de fois supérieur à celui de la
Terre. Des supraconducteurs toujours plus performants, les progrès de l’imagerie
magnétique à résonance nucléaire (IRM) et la magnétohydrodynamique promettent
des avancées technologiques extraordinaires.
Mesurer le champ magnétique terrestre
11 n a pas fallu attendre les avancées scientifiques pour réaliser des observations
du champ magnétique. Des relevés existent depuis des siècles sur presque tous les
continents. L orientation du champ y est décrite : la déclinaison mesure l’angle entre
la partie horizontale du champ et la direction du Nord géographique ; l’inclinaison
mesure 1 angle entre la partie verticale du champ et l’horizontale (figure 7.1). Pour
150
mesurer 1 inclinaison, une boussole tridimensionnelle est donc nécessaire.