CHAPITRE? • La dynamique interne
champ soit dirigée vers le ciel à un pôle, diminuant pour être nulle à l’équateur
magnétique, et dirigée vers le centre de la Terre à l’autre pôle. Aujourd'hui l'inclinaison pointe vers le ciel au pôle Sud, proche du pôle Sud géographique.
Figure 7.4 b
Quelques
représentations
des composantes
dipolaire,
quadripolaire et
octopolaires du
champ magnétique.
Un intérêt des harmoniques sphériques de Gauss, est qu’avec un nombre de mesures
réduit mais bien réparties sur le globe, il est possible d’extrapoler les composantes
dipolaire et quadripolaire du champ, et parfois plus. Les scientifiques ont donc pu
utiliser les relevés anciens pour reconstruire la structure du champ magnétique depuis
près de cinq siècles. Une observation extraordinaire, confirmée par les satellites, est
que le champ magnétique varie relativement rapidement. Les pôles magnétiques se
déplacent de plusieurs kilomètres par an. C’est la variation séculaire du champ.
L’origine du champ magnétique est une grande question : est-elle interne ou externe ?
Le champ est-il produit par la Terre interne elle-même, provient-il du Soleil, de la
ionosphère, ou de phénomènes atmosphériques voire spatiaux ? Les observations
réalisées montrent que le champ diminue rapidement lorsqu’on s’éloigne de la
surface de la planète, excepté une petite composante (10 % du champ à la surface)
qui augmente. Ainsi, on montre que l’origine du champ magnétique de la Terre
est interne. Une source possible est l’aimantation des roches en surface, mais cela
n’expliquerait pas la variation séculaire et le dipôle. Il existe donc une source
interne plus profonde.
Les roches du manteau terrestre ne peuvent pas être aimantées. On reviendra sur ce
point plus en détail par la suite. La raison est qu’elles sont trop chaudes pour préserver toute aimantation, dépassant les 1 000 °C. Elles ont aussi les propriétés d’un
isolant : elles ne conduisent pas le courant. Le manteau terrestre ne peut donc pas
être la source du champ magnétique interne de la planète. Le noyau est un candidat
de choix : il est composé de métaux qui sont des conducteurs. La section suivante
nous permettra d’étudier le mécanisme de production du champ magnétique. Mais
avant continuons sur le chemin de Gauss.
La décomposition en harmonique sphérique permet aussi de résoudre les équations de l’électromagnétisme dans une coquille isolante. On peut donc estimer
le champ magnétique à la base du manteau, à la surface du noyau. Le résultat
est que la composante dipolaire du champ diminue en 1/r2, avec r le rayon
depuis la source du champ magnétique, la composante quadripolaire diminue
en 1/r3, les octopoles en 1/r4 et ainsi de suite. Le manteau isolant joue le rôle
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champ soit dirigée vers le ciel à un pôle, diminuant pour être nulle à l’équateur
magnétique, et dirigée vers le centre de la Terre à l’autre pôle. Aujourd'hui l'inclinaison pointe vers le ciel au pôle Sud, proche du pôle Sud géographique.
Figure 7.4 b
Quelques
représentations
des composantes
dipolaire,
quadripolaire et
octopolaires du
champ magnétique.
Un intérêt des harmoniques sphériques de Gauss, est qu’avec un nombre de mesures
réduit mais bien réparties sur le globe, il est possible d’extrapoler les composantes
dipolaire et quadripolaire du champ, et parfois plus. Les scientifiques ont donc pu
utiliser les relevés anciens pour reconstruire la structure du champ magnétique depuis
près de cinq siècles. Une observation extraordinaire, confirmée par les satellites, est
que le champ magnétique varie relativement rapidement. Les pôles magnétiques se
déplacent de plusieurs kilomètres par an. C’est la variation séculaire du champ.
L’origine du champ magnétique est une grande question : est-elle interne ou externe ?
Le champ est-il produit par la Terre interne elle-même, provient-il du Soleil, de la
ionosphère, ou de phénomènes atmosphériques voire spatiaux ? Les observations
réalisées montrent que le champ diminue rapidement lorsqu’on s’éloigne de la
surface de la planète, excepté une petite composante (10 % du champ à la surface)
qui augmente. Ainsi, on montre que l’origine du champ magnétique de la Terre
est interne. Une source possible est l’aimantation des roches en surface, mais cela
n’expliquerait pas la variation séculaire et le dipôle. Il existe donc une source
interne plus profonde.
Les roches du manteau terrestre ne peuvent pas être aimantées. On reviendra sur ce
point plus en détail par la suite. La raison est qu’elles sont trop chaudes pour préserver toute aimantation, dépassant les 1 000 °C. Elles ont aussi les propriétés d’un
isolant : elles ne conduisent pas le courant. Le manteau terrestre ne peut donc pas
être la source du champ magnétique interne de la planète. Le noyau est un candidat
de choix : il est composé de métaux qui sont des conducteurs. La section suivante
nous permettra d’étudier le mécanisme de production du champ magnétique. Mais
avant continuons sur le chemin de Gauss.
La décomposition en harmonique sphérique permet aussi de résoudre les équations de l’électromagnétisme dans une coquille isolante. On peut donc estimer
le champ magnétique à la base du manteau, à la surface du noyau. Le résultat
est que la composante dipolaire du champ diminue en 1/r2, avec r le rayon
depuis la source du champ magnétique, la composante quadripolaire diminue
en 1/r3, les octopoles en 1/r4 et ainsi de suite. Le manteau isolant joue le rôle
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