Magnétisme terrestre

 

La boussole

Le principe de la boussole est connu des Chinois depuis longtemps puisqu'ils étaient capables de reconnaître la direction du sud à l'aide d'une aiguille aimantée sous la dynastie des Tsin (265-419). C'est avec les premières croisades que les européens la découvrent chez les Arabes. La première mention de l'utilisation de la boussole en Europe remonte à l'an 1200. Ce n'était au début qu'un simple fétu de paille renfermant une aiguille aimantée et posé sur l'eau d'une cuvette. Pierre de Maricourt perfectionne la boussole en 1269: il  monte l'aiguille sur pivot et l'enferme dans une boîte fermée par un couvercle transparent bordé d'un cadre gradué.


L'utilisation de la boussole a considérablement transformé les techniques de navigation. Autrefois les navigateurs pratiquaient surtout le cabotage: ils  ne quittaient pas volontiers la côte des yeux. Loin des côtes il n'y avait plus de point de repère.


La position d'un navire est à l'intersection de la latitude (déduite de la position des astres au-dessus de l'horizon) et de la longitude (connue par l'utilisation de la boussole).


La direction prise par la boussole d'un navire dépend aussi des masses magnétiques qu'on trouve à bord. C'est pour cela qu'un bateau totalement amagnétique fut construit dans le but de dresser une carte du magnétisme terrestre: Toutes les pièces métalliques du "Carnegie" qui sillonna les mers du globe de 1909 à 1929 étaient en cuivre ou en bronze.

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La Terre tourne sur elle-même comme une toupie. La partie liquide du noyau terrestre bouge aussi et forme des remous et des courants. Ce liquide est composé en grande partie de métaux comme le fer et le nickel qui sont à la fois conducteurs d'électricité et magnétiques. Ce serait le courant électrique créé par ces métaux en fusion qui engendrerait le champ magnétique terrestre (comme dans une dynamo).

Nous avons vu que la poudre de fer forme autour d'un aimant des lignes qui relient le pôle nord au pôle sud. On les appelle lignes de champ magnétique.


Lorsqu'on place un aimant sur un petit radeau flottant, il s'oriente dans un axe nord-sud: la Terre possède donc aussi un champ magnétique et la boussole est inventée.


Les boussoles s'alignent sur les lignes du champ magnétique terrestre pour nous indiquer le nord (et le sud).

Le champ magnétique terrestre

Origine du géomagnétisme

Magnétisme solaire

La mission SDO (Solar Dynamic Observatory) suit depuis 2010 l’activité du Soleil. Elle étudie les variations de champ magnétique au cours des cycles solaires de 11 ans. Des photos réalisées avec des rayonnements de diverses longueur d’onde permettent de “voir” le champ magnétique solaire.

Images: NASA_SDO_Goddard

pourquoi cette petite boussole ne montre-t-elle pas le nord?

On appelle géomagnétisme

le magnétisme terrestre.

On peut se représenter de façon simpliste la Terre abritant un gigantesque aimant qui produirait le magnétisme terrestre.


Nous verrons après que c’est un peu plus compliqué.

Lorsqu’on veut s’orienter avec une boussole, il y a un problème: l'axe de rotation de la Terre (axe nord-sud géographique) ne correspond pas à l'axe de l'aimant terrestre! Les boussoles ne montrent donc pas exactement le nord de la carte de géographie!!!

La déclinaison magnétique

axe géographique

axe magnétique

On appelle déclinaison magnétique, l’angle entre la direction du nord montré par la boussole et la direction du “vrai” nord géographique

Le pôle magnétique se trouve à plusieurs centaines de kilomètres du pôle géographique et il se déplace à une vitesse moyenne de 6 m par heure. La Terre a même connu des inversions spectaculaires du champ magnétique dans son histoire.

Lorsque le magma (roche liquide très chaude) monte et arrive à la surface de la Terre, il se refroidit: les atomes s'assemblent pour former des cristaux. Le magma se fige et devient une roche magmatique solide. 

Comment le savons-nous?

Il suffit de mesurer l'orientation des minéraux magnétiques d'une roche pour connaître la direction des pôles magnétiques à l'époque de la formation de cette roche. Même si elle s'est refroidie il y a plusieurs millions d'années: elle a gardé la mémoire du champ magnétique passé.

Les aurores polaires

axe géographique

= axe de rotation de la Terre

direction du pôle

nouvelle direction du pôle

Afrique

Amérique du sud

Magma

ride médio-océanique

axe magnétique

bouclier magnétique

Atlantique sud

Dans l’océan Atlantique sud par exemple, la roche formée dans la ride éloigne toujours d’avantage l’Afrique de l’Amérique. Sur cette animation, on voit le supercontinent “Pangée” se disloquer dès le Trias (- 200 millions d’années). La séparation de l’Afrique et de l’Amérique commence au Jurassique (-160 millions d’années)

Le fond des océans est constitué de basalte, une roche magmatique. Elle se forme continuellement le long d’une gigantesque chaîne sous-marine: la ride médio-océanique.

Les minéraux magnétiques ont eu le temps de s'orienter en fonction du champ magnétique terrestre et conservent cette orientation.

Quelques millions d’années plus tard, les pôles magnétiques se sont déplacés. Les minéraux magnétiques s'orientent selon le champ magnétique actuel.

Animation: United States Geological Survey

Animation: United States Geological Survey

Aurore boréale_Base de l’US Air Force d’Eielson (Alaska)

Aurore australe_NASA, image satellite