Le champ magnétique d'origine interne. La dynamo terrestre et la création du champ magnétique principal

Transcription

1 Le champ magnétique d'origine interne La dynamo terrestre et la création du champ magnétique principal

2 Questions posées L'essentiel du champ magnétique terrestre est d'origine interne et ses sources sont dans le noyau Le champ a une structure dipolaire Il présente une variation séculaire Il s'inverse de façon irrégulière Un champ magnétique fossile dans le noyau et non régénéré s'éteint en ans Dans le noyau, le champ magnétique ne peut être créé que par une dynamo auto entretenue.

3 Induction électromagnétique: méthode 1 e u q i ét n g a m x u l F Aimant Circuit électrique

4 Induction électromagnétique: méthode 1 Courant électrique Aimant e u q i t é n g a m x u l F En approchant ou en éloignant l'aimant, le flux magnétique à travers la bobine change. Un courant électrique circule dans la bobine pour essayer de compenser les variations de flux magnétique. Circuit électrique

5 Induction électromagnétique: méthode 2 e u q i ét n g a m x u l F Aimant Circuit électrique

6 Induction électromagnétique: méthode 2 Courant électrique g a m x Flu e u q i t é n Aimant En déformant le circuit, on modifie le flux magnétique à travers la bobine. Un courant électrique circule dans la bobine pour essayer de compenser les variations de flux magnétique. Circuit électrique

7 Induction électromagnétique Expérience 1 : on approche l'aimant Expérience 2 : on déforme le circuit Création d'un champ magnétique Le flux magnétique à travers le circuit varie au cours du temps Apparition d'un courant électrique

8 Auto induction électromagnétique e u q i t é n g a ux m Fl La bobine de gauche est parcourue par un courant électrique et produit un flux magnétique à travers la bobine de droite

9 Auto induction électromagnétique Flux ue q i t é n g ma Si la bobine de gauche se déforme ou est parcourue par un courant variable, alors le flux à travers la bobine de droite change => un courant apparaît

10 Auto induction électromagnétique Flux ue q i t né g a m Flux ue q i t é n g ma À ce moment là, la bobine de droite fait apparaître un flux magnétique dans la bobine de gauche qui voit son courant changer par induction.

11 Auto induction électromagnétique Déformation du circuit primaire Rétro action sur le circuit primaire Création d'un champ magnétique Le flux magnétique à travers le circuit secondaire varie au cours du temps Apparition d'un courant électrique

12 Attention! On n'a pas affaire à un mouvement perpétuel miraculeux! L'énergie nécessaire pour maintenir le système est de plusieurs TW. Le moteur de tout cela est la convection du fer liquide qui provoque le mouvement La question est de savoir si le mouvement permet au champ magnétique de se maintenir

13 Dynamos couplées de Rikitake (1954) Ce montage très simple a permis de montrer que le système est chaotique et présente des inversions spontanées du courant, donc du champ magnétique produit.

14 Les modèles de dynamo terrestre manteau noyau

15 Les modèles de dynamo terrestre Le champ magnétique est piégé dans le fer liquide et entraîné par les mouvements de convection. La rotation différentielle provoque un enroulement des lignes de champ

16 Les modèles de dynamo terrestre L'inversion du champ : durée = 2000 ans diminution de 90% de l'intensité du champ disparition de la géométrie dipolaire

17 Structure du champ lors d'une inversion Diminution d'intensité de 90% Disparition de la protection magnétosphérique Influence des inversions sur l'évolution de la vie sur Terre? Augmentation du taux de mutations chromosomiques?

18 La variation séculaire = le champ magnétique dérive sous nos pieds En regardant le champ dériver, on «voit» le fer liquide s'écouler

19 L'écoulement du fer à la surface du noyau Vitesses jusqu'à 50 km/an... (dérive des continents < 20 cm/an)

20 Construction de géodynamos expérimentales LGIT Équipe géomagnétisme Grenoble lgit.obs.ujf grenoble.fr/

21 Bilan Le fonctionnement de la géodynamo auto entretenue repose sur le principe d'induction. L'amorçage de la dynamo nécessite l'existence préalable d'un champ magnétique qui peut être très faible. En régime normal, le champ magnétique a une structure principalement dipolaire et quasi axiale. Une inversion dure environ 2000 ans et, pendant ce temps, le champ perd sa structure dipolaire et voit son intensité divisée par 10 environ. La cartographie de la variation séculaire permet de retrouver les écoulements du fer liquide à la surface du noyau. On atteint des vitesses de 50 km/an.

22 Bibliographie Introduction du geomagnetic fields, W.H. Campbell (50 Euros) Earth's magnetism: a guided tour through magnetic fields, W.H. Campbell (28 Euros) Introduction to space physics, M.G. Kivelson et C.T. Russell (65 Euros) Sous les feux du Soleil: vers une météorologie de l'espace, J. Lilensten et J. Bomarel, réf. Bibliothèque Rennes 1: 551 LIL SOU Magnétisme terrestre: introduction, J. J. Delcourt, réf. Bibliothèque Rennes 1: DEL MAG Les soubresauts géomagnétiques, D. Gibert et M. Mandea Alexandrescu, La Recherche, novembre rennes1.fr