Le champ magnétique terrestre
Il est aujourd'hui communément admis que le champ magnétique terrestre trouve
son origine dans le noyau: en effet, le champ externe créé par les sources
situées dans l'ionosphère, et celui créé par les minéraux ferromagnétiques
de la croûte sont négligeables devant le champ interne. De plus, le manteau
étant un isolant électrique, il ne peut pas être source de champ magnétique.
Le noyau, composé de fer, apparaît donc comme l'unique source possible du
géomagnétisme.
Après plus de trois siècles d'étude, le champ magnétique
terrestre est l'un des phénomènes planétaires les mieux décrits, mais il
reste néanmoins l'un des moins bien compris. Les mesures directes à la surface
du globe ont montré que ce champ se décompose en une partie dipolaire
dominante et une partie multipolaire. La première est analogue au champ que
créerait un barreau aimanté situé au centre de la Terre et sensiblement
aligné avec son axe de rotation (le pôle nord magnétique est actuellement
situé au Canada à quelque 3000 km du pôle nord géographique) ; ce
"champ dipôle" contribue à hauteur de 90%
à l'intensité totale observée en surface. L'intensité d'un tel champ
décroît comme l'inverse du cube de la distance quand on s'éloigne de sa
source, mais l'intensité des champs multipolaires décroît encore plus vite.
Ainsi, à la surface extérieure du noyau, le terme dipolaire doit dominer
beaucoup moins nettement les termes d'ordre supérieur.
Depuis quarante ans, le paléomagnétisme a donné des résultats spectaculaires très utiles dans la compréhension des mécanismes qui régissent le champ magnétique terrestre. On s'est aperçu dès le début du siècle que des roches contenant des minéraux magnétiques pouvaient "enregistrer" le champ magnétique ambient lors de leur refroidissement. De grandes campagnes ont été réalisées dans les années 60 pour mesurer le champ enregistré par le basalte des fonds océaniques (fig. 7).
Fig. 7 :
Enregistrement
des inversions magnétiques par les fonds océaniques
Au fur-et-à-mesure qu'il sort
de la dorsale, le plancher océanique enregistre en ce refroidissant l'état du
champ magnétique terrestre. Les bandes noires correspondent à un champ
"normal" (comme aujourd'hui), et les bandes blanches à un champ
inverse.
Le résultat le plus surprenant de ces mesures est la découverte des inversions magnétiques : de manière apparemment aléatoire, typiquement 5 fois par million d'années, le champ terrestre s'inverse: le pôle nord passe au sud. En datant les roches aimantées, on obtient l'échelle magnéto-stratigraphique (fig. 8).
Fig. 8 :
Echelle magnétostratigraphique pour les 30 derniers Millions
d'années
(même convention de couleurs
que sur la figure 7)
(Lowrie & Alvarez 1981)
Nous verrons que l'étude détaillée des inversions magnétiques permet d'élaborer des modèles pour la génération du champ magnétique terrestre. L'un des premiers renseignements obtenus est que le champ magnétique terreste existe depuis au moins 150 millions d'années, puisqu'il a été enregistré par les fonds océaniques les plus vieux. Il est raisonnable de penser qu'il est apparu peu de temps après la formation de la Terre. Le mécanisme qui le génère est donc nécessairement de type dynamo auto-entretenue : en l'absence de phénomène d'entretien, le champ magnétique disparaîtrait en quelques milliers d'années seulement. Le fluide conducteur du noyau externe est animé par des mouvements de convection (cf. partie 2.3). En présence d'un champ magnétique des courants électriques y apparaissent, qui vont à leur tour induire un champ magnétique : la dynamo est auto-excitée. Le problème de l'initiation du processus reste mystérieux.