Le champ magnétique explique les rotations des noyaux de la Terre

Comment expliquer la dérive vers l’ouest du champ magnétique terrestre et la rotation vers l’est de la « graine » de notre planète ? Selon un nouveau modèle, les efforts de rotation électromagnétiques indirectement générés par les mouvements du noyau externe expliqueraient tout, puisque leur direction varie en fonction de la profondeur à laquelle ils s’appliquent. Par la même occasion, l’hypothèse du mouvement oscillatoire du noyau interne vient d’être renforcée.


Une coupe de l'intérieur de la Terre montrant le mouvement de précession (modification de la direction de l'axe de rotation d'un corps) de sa graine. Ces oscillations font migrer les pôles magnétiques sur la surface terrestre. © Nasa

Notre planète abrite en son centre, à plus de 2.885 km de profondeur, un noyau riche en fer qui se divise en deux régions distinctes. Sa partie externe se démarque par sa nature liquide. En effet, elle se compose de matière en fusion dont les mouvements entretiennent le champ magnétique terrestre par effet dynamo. Cette structure repose sur un noyau interne, également appelé « graine », car il est solide. Dernièrement, nous avons appris qu’il était un peu moins chaud que ce que prétendent d’anciennes théories, puisque sa température serait comprise entre 3.800 °C et 5.500 °C.

Par le passé, des mesures indépendantes ont démontré l’existence de plusieurs phénomènes de grande ampleur en lien avec ces deux couches internes de notre planète. En 1692, Edmund Halley a mis en évidence un mouvement de dérive vers l’ouest du champ magnétique terrestre. Plus récemment, des études sismiques sont parvenues à montrer que le noyau interne réalise des mouvements de rotation vers l’est, à une vitesse supérieure à celle du manteau terrestre (de quelques degrés par an).

Ces phénomènes pourraient être liés mais, jusqu’à maintenant, cette affirmation avait été difficile à démontrer. Principale raison : la nature et l’importance du couplage unissant les mouvements de la graine à ceux de la matière à la surface du noyau externe sont méconnues. Grâce à un nouveau modèle tridimensionnel du noyau terrestre, Philip Livermore (université de Leeds ; Royaume-Uni) et ses collaborateurs viennent en partie de résoudre cette difficulté, et de montrer que le champ géomagnétique constitue le facteur commun aux deux problématiques. Ils s'expliquent dans la revuePnas.


La simulation numérique de la dynamo terrestre (proposée par Glatzmaier et Roberts en 2008) engendrée par les mouvements turbulents complexes survenant dans la partie fluide du noyau. © American Physical Society

Le noyau interne de la Terre oscillerait

Le modèle serait 100 fois plus précis que ceux développés dans le même contexte par le passé. Pour le faire tourner, les scientifiques ont exploité la puissance du supercalculateur Monte Rosa, du Swiss National Supercomputing Centre à Lugano. Il possède 14.762 processeurs Opteron d’AMD, pour une puissance de crête de calcul de 141 téraflops.

Concrètement, l'effort de rotation électromagnétique associé au champ géomagnétique terrestre, également appelé couple en mécanique, agirait selon deux directions différentes sur les principales structures étudiées. Le champ magnétique ferait ainsi tourner le noyau interne en direction de l’est plus rapidement que le manteau, et donc que le reste de la planète. En revanche, il pousserait la partie la plus superficielle du noyau externe liquide en direction de l’ouest, dans le sens opposé, de quoi expliquer la dérive observée voilà plus de 300 ans par Halley.

Durant ces 3.000 dernières années, cette dérive, observable à l’échelle des décennies, a plusieurs fois changé de direction, partant donc vers l’est avant de se rediriger vers l’ouest. Selon les résultats du modèle, ces inversions seraient liées à des fluctuations du champ magnétique terrestre, qui ont impacté l’importance des efforts de rotation appliqués aux noyaux interne et externe. Le changement de direction de la dérive s’expliquerait alors par une inversion du sens de la rotation du noyau interne. Ce résultat conforte l’hypothèse selon laquelle le mouvement de la graine serait en réalité une oscillation. Il n’y aurait donc pas de déplacement moyen réalisé à long terme.

Le 19/09/2013 à 09:34 - Par Quentin Mauguit, Futura-Sciences

http://www.futura-sciences.com/magazines/terre/infos/actu/d/geologie-champ-magnetique-explique-rotations-noyaux-terre-49028/#xtor=RSS-8

Le champ magnétique terrestre s'inverse au rythme de la tectonique des plaques



Illustration du champ géomagnétique terrestre
© NASA

Au cours de l'histoire de la Terre, le champ magnétique s'est inversé à de nombreuses reprises, à un rythme irrégulier. De longues périodes sans inversion ont été séparées par des phases de renversements plus fréquents. Quelle est l'origine des inversions et de leur irrégularité ? Des chercheurs du CNRS et de l'Institut de Physique du Globe(1) apportent un élément de réponse nouveau en démontrant que la fréquence des inversions dépend de la répartition des plaques tectoniques à la surface du globe ces 300 derniers millions d'années. Ce résultat ne signifie pas que les plaques terrestres déclenchent elles-mêmes le basculement du champ magnétique. Il établit que si le phénomène d'inversion se produit in fine dans le noyau liquide de la Terre, il est sensible à ce qui se passe hors du noyau, plus précisément dans le manteau terrestre. Ces travaux sont publiés le 16 octobre 2011 dans Geophysical Research Letters.

Le champ magnétique terrestre est produit par les écoulements du fer liquide qui ont lieu dans le noyau, trois mille kilomètres sous nos pieds. Comment l'idée d'une relation entre la tectonique des plaques et le champ magnétique est-elle venue aux chercheurs ? De la découverte que la symétrie des écoulements de fer liquide joue un rôle dans les inversions magnétiques : des expériences et de travaux de modélisation réalisés ces cinq dernières années ont en effet montré qu'une inversion survient lorsque les mouvements de métal en fusion ne sont plus symétriques par rapport au plan de l'équateur. Cette « brisure de symétrie » se ferait progressivement : elle commencerait d'abord dans une zone située à la frontière noyau-manteau (le manteau sépare le noyau liquide de l'écorce terrestre), puis gagnerait l'ensemble du noyau (constitué de fer liquide).

Prolongeant ces recherches, les auteurs de l'article se sont demandés si une trace des brisures de symétrie initiales, à l'origine des inversions qui ont jalonné l'histoire de la Terre, se retrouvait dans les seules archives des écoulements géologiques à grande échelle que nous possédons, c'est-à-dire les déplacements des continents (ou tectonique des plaques). Il y a 200 millions d'années, la Pangée, nom donné au supercontinent rassemblant la quasi-totalité des terres, a commencé à se disloquer en une multitude de morceaux qui ont façonné la Terre comme on la connait aujourd'hui. En faisant le bilan de la surface des continents situés dans l'hémisphère Nord et ceux dans l'hémisphère Sud, les chercheurs ont pu calculer un degré d'asymétrie (par rapport à l'équateur) dans la répartition des continents durant cette période.

La conclusion ? Le degré d'asymétrie a varié au même rythme que le taux d'inversions magnétiques (nombre d'inversions par million d'années). On peut presque superposer les deux courbes tant elles ont évolué en parallèle. Autrement dit, plus le centre de gravité des continents s'éloignait de l'équateur, plus le rythme des inversions s'accélérait (jusqu'à atteindre huit par million d'années pour un degré d'asymétrie maximal).

Que faut-il en déduire sur le mécanisme à l'origine des inversions ? Les scientifiques envisagent deux scénarios. Dans le premier, les plaques terrestres pourraient être directement responsables des variations de la fréquence des renversements : après leur plongée dans le manteau terrestre au niveau des zones de subduction, les plaques parviendraient jusqu'au noyau, où elles modifieraient les écoulements de fer. Dans le second, les mouvements des plaques ne feraient que refléter le brassage de matière à l'œuvre dans le manteau et notamment à la base de celui-ci. Dans les deux cas, ce sont bien des mouvements de roches extérieures au noyau qui provoqueraient l'asymétrie des écoulements dans le noyau liquide, et détermineraient la fréquence des inversions.

 

Note

1. Laboratoire de physique statistique de l'ENS (Ecole normale supérieure/CNRS/UPMC/Université Paris Diderot) et Institut de physique du globe de Paris (CNRS/IPGP/Université Paris Diderot)

Référence

Plate Tectonics May Control Geomagnetic Reversal Frequency. F. Pétrélis, J. Besse, J.-P. Valet. Geophysical Research Letter. 16 octobre 2011.

 

Auteur

Centre National de la Recherche Scientifique

27 octobre 2011, 10 h 54

http://www.notre-planete.info/actualites/actu_3126_champ_magnetique_tectonique.php

Inversion du magnétique terrestre et tectonique des plaques

 Au cours de l'histoire de la Terre, le champ magnétique (En physique, le champ magnétique est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction, définie en tout point de l'espace, et déterminée par la position et l'orientation d'aimants, d'électroaimants et le déplacement de...) s'est inversé à de nombreuses reprises, à un rythme irrégulier. De longues périodes sans inversion ont été séparées par des phases de renversements plus fréquents. Quelle est l'origine des inversions et de leur irrégularité ? Des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et de l'Institut de Physique (La physique (du grec φυσικη) est étymologiquement la science de la nature. Son champ d'application actuel est néanmoins plus restreint : la physique décrit de façon à la fois quantitative...) du Globe (1) apportent un élément de réponse nouveau en démontrant que la fréquence (La fréquence est le nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit pendant une durée déterminée. La fréquence est l'inverse (au sens mathématiques) de...) des inversions dépend de la répartition des plaques tectoniques à la surface (Il existe de nombreuses acceptions au mot surface, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, souvent abusivement confondu avec sa mesure -...) du globe ces 300 derniers millions d'années. Ce résultat ne signifie pas que les plaques terrestres déclenchent elles-mêmes le basculement (Le basculement, dans le domaine de l'astronautique, est l'inclinaison progressive d'un véhicule spatial autour d'un axe quelconque. Le basculement peut être utilisé pour modifier la direction du vecteur poussée.) du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique. Il établit que si le phénomène d'inversion se produit in fine dans le noyau liquide (La phase liquide est un état de la matière.) de la Terre, il est sensible à ce qui se passe hors du noyau, plus précisément dans le manteau terrestre. Ces travaux sont publiés le 16 octobre 2011 dans Geophysical Research Letters.

Le champ magnétique terrestre est produit par les écoulements du fer liquide qui ont lieu dans le noyau, trois mille kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la...) sous nos pieds. Comment l'idée d'une relation entre la tectonique des plaques (La tectonique des plaques (d'abord appelée dérive des continents) est le modèle actuel du fonctionnement interne de la Terre. Elle est l'expression en surface de la convection qui se déroule dans le manteau terrestre.) et le champ magnétique est-elle venue aux chercheurs ? De la découverte que la symétrie (De manière générale le terme symétrie renvoie à l'existence, dans une figure quelconque, d'une opération géométrique qui ne modifie pas cette figure. On peut faire correspondre à...) des écoulements de fer liquide joue un rôle dans les inversions magnétiques: des expériences et de travaux de modélisation réalisés ces cinq dernières années ont en effet montré qu'une inversion survient lorsque les mouvements de métal en fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion s'effectue à...) ne sont plus symétriques par rapport au plan de l'équateur. Cette "brisure de symétrie" se ferait progressivement: elle commencerait d'abord dans une zone située à la frontière (Une frontière ou les lignes (qc et ang.) sont des mots qui désignent la ligne imaginaire qui sépare deux États souverains. En droit international, chaque État...) noyau-manteau (le manteau sépare le noyau liquide de l'écorce terrestre), puis gagnerait l'ensemble du noyau (constitué de fer liquide).

Prolongeant ces recherches, les auteurs de l'article se sont demandés si une trace des brisures de symétrie initiales, à l'origine des inversions qui ont jalonné l'histoire de la Terre, se retrouvait dans les seules archives des écoulements géologiques à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande hauteur. Le...) que nous possédons, c'est-à-dire les déplacements des continents (ou tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n » signifiant batisseur, charpentier) est l'étude des structures...) des plaques). Il y a 200 millions d'années, la Pangée, nom donné au supercontinent rassemblant la quasi-totalité des terres, a commencé à se disloquer en une multitude de morceaux qui ont façonné la Terre comme on la connait aujourd'hui. En faisant le bilan de la surface des continents situés dans l'hémisphère Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et ceux dans l'hémisphère Sud (Sud est un nom :), les chercheurs ont pu calculer un degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) d'asymétrie (par rapport à l'équateur) dans la répartition des continents durant cette période.

La conclusion ? Le degré d'asymétrie a varié au même rythme que le taux d'inversions magnétiques (nombre d'inversions par million d'années). On peut presque superposer les deux courbes tant elles ont évolué en parallèle. Autrement dit, plus le centre de gravité (Le centre de gravité est le point d'application de la résultante des forces de gravité ou de pesanteur. Il est également le point d'intersection de tous les plans...) des continents s'éloignait de l'équateur, plus le rythme des inversions s'accélérait (jusqu'à atteindre huit par million d'années pour un degré d'asymétrie maximal).

Que faut-il en déduire sur le mécanisme à l'origine des inversions ? Les scientifiques envisagent deux scénarios. Dans le premier, les plaques terrestres pourraient être directement responsables des variations de la fréquence des renversements: après leur plongée dans le manteau terrestre au niveau des zones de subduction, les plaques parviendraient jusqu'au noyau, où elles modifieraient les écoulements de fer. Dans le second, les mouvements des plaques ne feraient que refléter le brassage de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. Elle occupe de l'espace et la quantité de...) à l'œuvre dans le manteau et notamment à la base de celui-ci. Dans les deux cas, ce sont bien des mouvements de roches extérieures au noyau qui provoqueraient l'asymétrie des écoulements dans le noyau liquide, et détermineraient la fréquence des inversions.


Note:

(1) Laboratoire de physique statistique de l'ENS (Ecole normale supérieure/CNRS/UPMC/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin...) Diderot) et Institut de physique du globe de Paris (CNRS/IPGP/Université Paris Diderot)


Référence:

Plate Tectonics May Control Geomagnetic Reversal Frequency. F. Pétrélis, J. Besse, J.-P. Valet. Geophysical Research Letter. 16 octobre 2011.


Posté par Michel le Samedi 15/10/2011 à 00:00

http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=9669

Des champs magnétiques intenses peu après le Big Bang ?

D'intenses champs magnétiques ont probablement été générés dans l'Univers peu de temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les éléments qui le composent bougent, se transforment et évoluent pour l'observateur...) après le Big Bang (Le Big Bang[1] désigne l’époque dense et chaude qu’a connue l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la décrivent, sans que cela préjuge de...), selon une équipe internationale menée par Christoph Federrath et Gilles Chabrier du Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) astrophysique (L’astrophysique est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de...) de Lyon (CNRS / ENS Lyon / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) Claude Bernard Lyon 1). Les chercheurs fournissent la première explication à la présence de gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi indépendants (pour plus de détails, voir gaz réels).) magnétisé entre les galaxies ou entre les étoiles d'une même galaxie. Publiés dans la revue Physical Review Letters le 9 Septembre 2011, ces résultats pourraient permettre de mieux comprendre les propriétés des premières étoiles et galaxies dans l'Univers.

Pourquoi le gaz présent entre les galaxies ou entre les étoiles d'une même galaxie est-il magnétisé ? Une équipe internationale d'astrophysiciens avance pour la première fois une explication: un champ magnétique initialement faible a pu être amplifié par des mouvements turbulents (1), comme ceux présents à l'intérieur de la Terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant du Soleil.) et du Soleil ((pourcentage en masse)), qui ont dû exister dans l'Univers primordial. "Selon nos simulations, cette turbulence produit une croissance exponentielle (En mathématique, en économie et en biologie, on parle d'un phénomène à croissance exponentielle (ou géométrique) lorsque la croissance en valeur absolue de la population est...) du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique", expliquent Christoph Federrath et Gilles Chabrier, qui ont dirigé les recherches. "Nos calculs montrent que ce phénomène est possible même sous des conditions physiques extrêmes, comme celles rencontrées peu de temps après le Big Bang, lors de la formation des premières étoiles", précisent-ils.

Leurs simulations numériques tridimensionnelles révèlent comment les lignes de champ magnétique sont étirées, tordues et repliées par les "flots" turbulents. De la même façon que l'électricité génère un champ magnétique à travers le mouvement de particules chargées, les charges elles-mêmes sont soumises à une force lorsqu'elles se déplacent dans un champ magnétique. "L'interaction entre énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) turbulente, sorte d'énergie cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) générée par la turbulence, et champ magnétique, peut amplifier un champ initialement faible et le convertir en un champ fort", précisent les astrophysiciens. Ces derniers espèrent ainsi mieux comprendre les propriétés des premières étoiles et galaxies dans l'Univers.

Cette recherche s'intègre dans un projet scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) piloté par Gilles Chabrier, médaille d'argent 2006 du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), financé par une bourse senior européenne "European Research Council advanced grant" du 7e programme-cadre dédiée à la compréhension de la physique (La physique (du grec φυσικη) est étymologiquement la science de la nature. Son champ d'application actuel est néanmoins plus restreint : la physique décrit de façon à la fois quantitative et...) des proto-étoiles et des planètes extrasolaires.



Structures turbulentes du champ magnétique pour quatre modèles numériques représentant des conditions physiques très différentes. En haut à gauche, l'intérieur du Soleil, par exemple, est faiblement compressible et caractérisé par des flots subsoniques, alors que le plasma typique de l'Univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant ou non, selon les philosophies, les choses...) primordial, en bas à droite, était très probablement dominé par de fortes compressions et une turbulence fortement supersonique (Supersonique signifie « supérieur à la vitesse du son ».).
© Federrath, Chabrier, Schober, Banerjee, Klessen, and Schleicher

Note:
(1) Ce mouvement est un "flot" qui ne s'écoule pas "tranquillement", de façon laminaire. Il est soumis localement à de fortes variations de vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.), dans toutes les directions, ce qui créé des "tourbillons" (ou vortex). Ces tourbillons fournissent l'équivalent d'une énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement. L’énergie cinétique d’un corps est égale au...) appelée énergie turbulente.

Référence:

Mach Number Dependence of Turbulent Magnetic Field Amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.): Solenoidal versus Compressive Flows. C. Federrath, G. Chabrier, J. Schober, R. Banerjee, R. S. Klessen, and D. R. G. Schleicher. Physical Review Letters. 9 Septembre 2011

Posté par Michel le Dimanche 11/09/2011 à 00:00

http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=9550