champ magnétique terrestre

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Si le champ magnétique terrestre est bien connu à la surface de notre planète, la détermination de son intensité et de sa structure à l'intérieur du noyau liquide, qui en est à l'origine, demeure encore un objectif à atteindre. En utilisant pour la première fois dans ce domaine une méthode par assimilation d'observations, une équipe de chercheurs du Laboratoire de géophysique interne et tectonophysique (LGIT) de Grenoble (INSU-CNRS/Université Joseph Fourier/OSUG) et de l'Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP, INSU-CNRS/Paris Diderot) révèle l'existence d'une onde de torsion rapide (4 ans) dans le noyau liquide. Ces chercheurs en déduisent que l'intensité du champ y est de quelques milliteslas (mT). Une étude publiée dans la revue Nature du 6 mai 2010.

Les mesures du champ magnétique terrestre sont collectées depuis la seconde moitié du XIXe siècle dans les observatoires magnétiques et par des magnétomètres embarqués à bord des satellites en orbite basse et en continu depuis 1999. Ces observations permettent de reconstruire le champ magnétique et d'estimer son intensité (de l'ordre de 0,3 mT) à la surface du noyau terrestre, à 2900 km de profondeur. Cependant, nous n'avons pas d'accès direct au champ magnétique régnant au coeur du noyau liquide conducteur d'électricité, région où il est créé et entretenu par la circulation de fluide métallique à haute température, selon le processus appelé géodynamo.

Pour estimer l'intensité moyenne du champ magnétique terrestre dans le noyau, dont la valeur est d'importance, en particulier pour déterminer le bilan énergétique de la Terre et son histoire thermique, les géophysiciens empruntent des chemins détournés. L'un d'eux est la simulation numérique directe. Depuis 1995, une grande variété de modèles de la dynamo terrestre ont été calculés. Leur analyse suggère que le champ interne au noyau est environ 10 fois plus intense que le champ estimé à sa surface grâce aux mesures décrites plus haut.

Un autre chemin, qui repose sur les observations des variations de la longueur du jour et sur les mesures géomagnétiques, a conduit à une estimation bien plus faible, de l'ordre de 0,2 mT. En effet, un signal magnétique de période 60 à 80 ans a été détecté dans des séries d'observatoire longues de 150 ans. Ce signal fût longtemps associé à la signature d'ondes de torsion* se propageant dans le noyau. Cette période impliquerait un champ interne de l'ordre de 0,2 mT, c'est-à-dire d'intensité plus faible que celle du champ à la surface du noyau.

L'étude publiée dans Nature, réconcilie l'analyse des modèles numériques avec celle des données géophysiques. Ses auteurs ont développé une approche de type assimilation de données **, utilisée pour la première fois dans ce domaine, similaire à celles mises en place en météorologie ou en océanographie physique, c'est-à-dire qu'ils ont reconstruit les écoulements dans le noyau en mêlant observations magnétiques et équations de la physique. Ils mettent ainsi en évidence une onde de torsion de période 6 ans. Le moment cinétique que porte cette onde explique un autre signal de même période qui avait été détecté précédemment, et de manière totalement indépendante, dans les séries temporelles de longueur du jour.

Les ondes mises en évidence par les auteurs voyagent du bord de la graine solide (de rayon 1220 km) jusqu'à l'équateur du noyau (de rayon 3480 km) en environ 4 ans. Ce temps de trajet leur permet d'estimer l'intensité du champ magnétique dans le noyau liquide à quelques mT, ce qui est en bon accord avec les prédictions basées sur les simulations numériques de la géodynamo.

Ces ondes ne représentent qu'une partie de la dynamique du noyau terrestre. Il reste maintenant à comprendre l'origine des signaux magnétiques et de longueur du jour à plus longue période. Nous sommes aux prémices de modèles dynamiques complets pouvant expliquer les variations décennales à centennales du champ magnétique.

http://www.insu.cnrs.fr/a3495,champ-magnetique-terrestre-noyau-liquide-se-precise.html