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Comment se comporte le champ magnétique terrestre durant la longue période du Crétacé sans inversion des pôles magnétiques (encore appelée la zone calme du Crétacé)? Les spécialistes attaquent souvent la question sous l’angle de la modélisation de la géodynamo. Des chercheurs de l’IPG (CNRS, Université Paris Diderot, Pres Sorbonne Paris Cité) de Paris ont abordé la question sous celui de la mesure directe des micro-anomalies magnétiques de la croûte océanique. Il fallait pour cela développer un instrument adapté permettant de mesurer le champ magnétique près des fonds océaniques et surtout avoir la patience nécessaire pour obtenir un enregistrement de plus de 30 millions d’années. Les données obtenues montrent que le calme pour le champ magnétique terrestre n’existe pas au Crétacé, contrairement à ce qui est généralement admis. Des résultats parus dans Nature Geoscience le 19 février 2011.
Avec l’accumulation de données magnétiques collectées à la surface des océans, il est devenu possible de mettre en évidence l’existence d’anomalies magnétiques (cf pour en savoir plus, ci-dessous) de faible amplitude et de courte longueur d’onde superposées aux anomalies principales causées par les inversions du champ. Ces micro-anomalies cohérentes d’un bassin océanique à l’autre trouvent leur origine dans des variations géomagnétiques globales et suggèrent que la croûte océanique magmatique, outre sa capacité à enregistrer les inversions de polarité, retient également de manière fiable une information sur les variations d’intensité du champ magnétique.
Une limitation des mesures d’anomalies magnétiques effectuées à la surface des océans, en tant qu’enregistrement du champ magnétique passé, est leur manque de résolution temporelle. En effet, la distance entre les basaltes aimantés qui portent le signal magnétique et le magnétomètre tracté à la surface de l’océan varie d’environ deux kilomètres à l’axe des dorsales à plus de six kilomètres dans les plaines abyssales, impliquant des résolutions spatiales du même ordre de grandeur, qui se traduisent par des résolutions temporelles au mieux de plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de milliers d'années.
Pour améliorer la résolution de ce signal, les auteurs ont réalisé les mesures magnétiques au plus près des sources aimantées en traînant un magnétomètre en profondeur, ou en l’adaptant au submersible Nautile de l’Ifremer. Après avoir utilisé des instruments prêtés par des collègues de l’Université de Tokyo, les chercheurs de l’IPGP ont développé leur propre instrumentation. Plusieurs campagnes océanographiques (Magofond 1 et 2, Tammar, Gimnaut) ont confirmé la faisabilité et l’intérêt de ces mesures : la croûte océanique magmatique est bien un excellent enregistreur des variations du champ magnétique à l’échelle de la dizaine de milliers d’années.
Les campagnes Magofond 3 (2005) et 3b (2008), réalisées sur le navire océanographique Le Suroît d’IFREMER, avaient pour objectif de s’attaquer à la « zone calme du Crétacé » de l’océan Atlantique Central, sur le flanc africain (Figure 1). Cette « zone calme » est l’expression d’une période exceptionnellement longue, comprise entre 120 et 83 millions d’années (Ma), durant laquelle le champ magnétique ne s'est pas inversé, conservant une polarité semblable à l’actuelle (dite « normale »). On parle du « Superchron Normal du Crétacé » (CNS en anglais), dont les causes seraient liées aux conditions thermiques à la limite noyau-manteau. Hormis sa polarité, les caractéristiques du champ magnétique durant cette période restaient jusqu'à présent mal connues.
Par leur approche originale les chercheurs de l’IPGP ont obtenu le premier enregistrement complet de haute résolution des variations du champ magnétique durant le « Superchron Normal du Crétacé ". Après une étude sismique préliminaire permettant de choisir un tracé évitant toute complexité tectonique ou volcanique mais aussi de déterminer la profondeur du socle magmatique, recouvert de sédiments, pour en corriger les fluctuations sur l’enregistrement magnétique, un profil magnétique de 900 km a été réalisé à moins de 1000 m au-dessus du fond, par des fonds de 5500 à 4000 m.
Même si la résolution obtenue (1 à 2 km soit 50 à 130 milliers d’années (ka) à comparer aux 5 à 6 km (250 à 800 ka) des profils de surface correspondants) n’est pas optimale, le profil réalisé montre que la période magnétique « calme » présente en réalité de fortes fluctuations du champ qui sont d’ailleurs confirmées par l’analyse des quelques profils magnétiques de surface de qualité. Celles-ci révèlent une évolution claire, avec une variabilité semblable à celle du champ récent au début du CNS, qui augmente ensuite en amplitude et en fréquence jusque vers 100 Ma, avant de revenir à son état initial à la fin du CNS.
Ce résultat, compatible avec les quelques données disponibles de paléointensité mesurées sur échantillons de roche, va cependant à l’encontre des simulations numériques du fonctionnement de la géodynamo qui prédisent un champ plus stable durant le CNS.
Une autre conséquence de ce travail est qu’il met pour la première fois en évidence des marqueurs temporels au sein du CNS (Q1 et Q2 en Figure 2). Ces marqueurs permettront enfin de déchiffrer l’histoire des bassins océaniques formés durant le CNS et de préciser la cinématique des plaques entre 120 et 83 Ma, période durant laquelle se produisent d’importants changements. Une production de croûte océanique plus abondante pourrait notamment être la cause du niveau marin particulièrement élevé observé à cette époque.
Les nouvelles contraintes obtenues sur le comportement du champ géomagnétique durant le CNS pourraient donc avoir des conséquences importantes sur notre vision de la Terre au Crétacé, tant sur les conditions thermiques à la limite noyau-manteau que sur la configuration des continents et des frontières de plaque.
Pour en savoir plus:
Le champ magnétique terrestre et ses variations trouvent leur origine dans les mouvements de convection de fer liquide qui animent la partie externe du noyau autour de la graine solide et représentent ainsi l’une des rares sources d’information disponibles sur cette région inaccessible de notre planète. La connaissance passée de ce champ repose principalement sur l’acquisition et la conservation par les roches d’une aimantation dont les caractéristiques reflètent celles du champ ambiant au moment de leur mise en place. Il en va ainsi des roches volcaniques (et de certains matériaux cuits tels que les poteries) qui permettent de retrouver l’intensité et la direction du champ lors de leur refroidissement. De même, les particules magnétiques des sédiments s’orientent préférentiellement suivant la direction du champ ambiant lors de leur dépôt, et les séries sédimentaires représentent une voie alternative pour étudier les variations passées du champ magnétique.
Ces différents objets d'étude pour le Paléomagnétisme ont leurs limites : ils ne permettent le plus souvent que d’accéder à des enregistrements ponctuels ou courts du champ magnétique ancien. En revanche, les anomalies magnétiques océaniques offrent un enregistrement continu du champ magnétique terrestre sur une période d’environ 160 millions d’années. Ces anomalies, dont la compréhension en 1963 a ouvert la voie à l’élaboration de la Tectonique des Plaques, résultent de la mise en place régulière des laves de la nouvelle croûte océanique à l’axe des dorsales qui, en se refroidissant, enregistrent les inversions de polarité du champ géomagnétique. Les séquences irrégulières que forment ces inversions génèrent des signaux très caractéristiques sur les enregistrements réalisés à la surface des océans, permettant de dater la croûte océanique et de reconstituer l’histoire passée des bassins océaniques et des continents adjacents.
http://www.insu.cnrs.fr/terre-solide/dynamique-interne/de-nouvelles-mesures-magnetiques-marines-revelent-les-fluctuations-du
Ven 24 Fév - 15:28