Le paléomagnétisme et la dynamique de notre planète : du noyau à la tectonique des plaques

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Tiphaine Lavigne
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1 Le paléomagnétisme et la dynamique de notre planète : du noyau à la tectonique des plaques Laboratoire des Sciences du Climat et de l Environnement

2 Le vecteur champ magnétique Nord géographique D Nord magnétique I D: Déclinaison magnétique Bas B I: Inclinaison magnétique

3 La position du Nord magnétique varie

4 Déclinaison 25 Ouest Inclinaison La position du Nord magnétique varie

5 Tout ce passe comme s il y avait un barreau aimanté Mais il n y en a pas!

6 zone d'ombre géométrique graine Noyau liquide Manteau La propagation des ondes sismiques permet de connaître l intérieur de la Terre (Inge Lehman: découverte de la Graine en 1936)

7 Vitesse des ondes sismiques (km/s) graine Noyau liquidemanteau Rayon (en km) Ondes de cisaillement Ondes de compression Graine Noyau liquide Manteau

8 Vitesse sismique (km/s) manteau Noyau 8 Fe 6 Al Co Li Cr 4 Mg Na Ag Expériences de laboratoire (Birch, 1963) Cu Densité Résultats sismologiques Le noyau liquide de notre planète est constitué pour l essentiel de fer fondu

9 Noyau liquide, métal fondu en mouvement Mouvement de la bobine Ici l aimant crée le champ Un métal bouge dans un champ magnétique => courants électriques induits

10 Ces courants électriques créent un champ magnétique «secondaire» Cas de la Terre : dynamo autoentretenue: la géométrie des mouvements du fluide est telle que le champ «secondaire» créé renforce le champ initial Exemple: bobine parcourue par un courant, les lignes de champ sont visualisées par de la limaille de fer Source d énergie: celle qui entretient les mouvements du fluide fondu ( convection): c est le lent refroidissement de l intérieur de la Terre

11 La rotation de la Terre organise la convection dans le noyau liquide en rouleaux parallèles à l axe de rotation de notre planète. C est pour cela que le pôle magnétique est proche du pôle géographique

13 La première simulation informatique de la géodynamo avait été réalisée à Los Alamos (USA) en 1999, grâce à l emploi de super-ordinateurs

14 Les mémoires magnétiques naturelles Laves, poteries, briques: thermorémanence Les laves acquièrent une aimantation thermorémanente lors de leur refroidissement.

15 Chaque coulée a enregistré le champ lors de son refroidissement

16 Acquisition de l aimantation par les sédiments Des microparticules magnétiques (présentant un moment magnétique) s orientent lors de leur dépôt dans la direction du champ magnétique, comme le feraient des micro-boussoles.

17 Un peu d histoire (récente) Inversions de polarité et Tectonique des plaques 1905: Observations géologiques suggestion de la dérive des continents (Alfred Wegener) 1906 : Laves aimantées en sens inverse (massif central) hypothèse des inversions de polarité (Bernard Brunhes)

18 Un peu d histoire (récente) : Laves aimantées en sens inverse hypothèse des inversions de polarité (Bernard Brunhes) Discussion l aimantation des roches peut s auto-inverser. - Fin des années Méthode de datation K-AR Les roches ayant le même âge ont toutes la même polarité, quelque soit leur provenance => Confirmation des inversions de polarité

19 Un peu d histoire (récente) (Vine et Matthews) Si la tectonique des plaques est vraie, alors les fonds océaniques doivent avoir enregistré la succession des inversions du champ terrestre

20 Un peu d histoire (récente) Détection de la structure magnétique des planchers océanique dite en «rayure de pyjama» Confirmation de la tectonique des plaques, 1968

21 25 Pleistocène Pliocène 5 0 Un peu d histoire (récente) 10 NEOGENE Miocène PALEOGENE Oligocène Eocène Obtention des échelles de polarité à partir des profils magnétiques des planchers océaniques Paléocène Maastrichtien (Hertzler, 1968) pour commencer.. CRETACE SUPERIEUR Campanien Santonien 85 Coniacien CRETACE INFERIEUR Turonien Cénomanien Albien Age en millions d années 110

22 Un peu d histoire (récente) Années Positions passées des continents.. Essor de la tectonique des plaques dans les années 1970 (on peut «refermer» les océans en ramenant les anomalies magnétiques à la dorsale)

23 Tectonique des plaques Actuel Millions d années

24 Etudes actuelles Le message des sédiments marins QuickTime et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image. Le navire français Marion Dufresne

25 Sédiments: aimantation détritique Le carottier du Marion Dufresne

26 Une carotte prélevée par le navire Marion Dufresne (maxi : 60 m)

27 La carotte est mise à bord du Marion Dufresne

28 La carotte est découpée à bord du Marion Dufresne en tronçons d 1,5 m

29 le navire américain Joides Resolution

31 Les carottages se font par tronçons de 9 m à bord du Joides Resolution

32 Le derrick du Joides Resolution

33 Analyses paléomagnétiques : lire l aimantation naturelle La chambre amagnétique de l équipe ChronoMag du LSCE, avec ses magnétomètres cryogéniques

34 But du paléomagnétisme : retrouver l aimantation primaire M total M1 M0 M0 : Aimantation primaire M1, (M2..) : Aimantation(s) secondaire(s) (réchauffements, altérations

35 Inclinaison Variations du champ au cours du dernier million et demi d années ans: polarité normale (pérides de Bruhnes) m ans inversion Brunhes -Matuyama 140 Polarité inverse million d années Polarité normale 1,1 million d années 200 m Profondeur Polarité inverse Document Alain Mazaud, LSCE

36 Inversion du «Jaramillo Supérieur» (1, 1 Ma) enregistrée dans les sédiments Atlantique Nord

37 Les inversions et les excursions Dynamique du noyau Similarité des trajectoires obtenues à différents sites Le champ a gardé une structure simple (dipolaire) lors des excursions (C. Laj and JET Channell, Treatise in Geophysics, Vol. 5, Geomagnetism (edt M. Kono), chapter 10, 2007).

38 Dynamique du noyau, lien avec manteau Les mouvements du fluide et les champs magnétiques pendant les inversions dans le noyau semblent être influencés par la structure thermique du manteau inférieur. (Laj, Mazaud, Weeks, Fuller, Herrero-Bervera, Nature, 359, , 1991)

39 Un outil stratigraphique Des carottes de différents océans ont enregistré des variations similaires du champ magnétique terrestre, en particulier de son intensité, lors de certaines excursions géomagnétiques On peut utiliser ces enregistrements pour placer des carottes éloignées (différents océans) sur une même chronologie Exemple d étude (Mazaud, Kissel, Laj, Sicre, Michel, Turon (2007), Geochem. Geophys. Geosyst., 8, Q05012, doi: /2006gc001532)

40 Un outil «environnemental» -nature, la taille, la quantité et l organisation des grains magnétiques déposés dans les sédiments (océan, lacs, rivières) et relier ces informations aux variations du climat le magnétomètre à gradient vibrant du LSCE (équipe ChronoMag)

41 - Une carotte (coupée en tronçons d 1 m 50) montrant une variation du dépôt au cours du temps Cette variation peut être reliée aux changements climatiques

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