Vers une inversion du champ magnétique terrestre ?

dimanche 20 mars 2011
par  Neimad
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 Le champ magnétique terrestre


La magné­to­sphère est un champ magné­tique qui entoure la Terre entre 800 et 1000 km d’altitude [1]. Il est produit par les mou­ve­ments qui animent le magma au centre de la Terre [2]. Les mou­ve­ments de ce magma qui contient du métal liquide (fer et nickel) produit un effet "dynamo", relayé par les océans de la surface (l’eau salée est conductrice).

Le dipôle de ce champ magné­tique est décalé de 11° par rapport à l’axe de rotation de la Terre, c’est-à-dire que le pôle nord magné­tique ne se situe pas au même endroit que le Pôle Nord. Le pôle magné­tique bouge souvent autour de son axe. En janvier 2011, le pôle nord magné­tique était situé à 675 km du pôle nord géo­gra­phique et se déplaçait vers l’est à raison de 55 km/​an. Le pôle sud magné­tique se déplace encore plus vite que le nord [3].

Cela a évidemment un effet sur les bous­soles : l’écart en France était de 3,5° en 1990 et de 0,5° seulement en 2011, car cet écart diminue de 0°8’ par an.

Trois fac­teurs peuvent modifier le champ magné­tique ter­restre et la position des pôles magnétiques :

  • les orages magné­tiques pro­voqués par les érup­tions solaires
  • l’activité vol­ca­nique par laquelle le magma se déplace à la surface
  • les pôles secon­daires situés à plu­sieurs endroits de la terre, au nombre des­quels on peut sans doute compter le Tri­angle des Ber­mudes [4] et peut-​​être aussi le lac Poyang en Chine [5]


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 Les mesures du champ magnétique


Des labo­ra­toires ter­restres mesurent le "bruit" radio pro­voqué par les par­ti­cules ren­trant dans l’atmosphère depuis le 19e siècle. Des radars spé­cia­lisés, les iono­sondes, étudient la haute atmo­sphère (la iono­sphère) à 500 km d’altitude [6].

Divers satellites mesurent également le champ magnétique terrestre :

  • 0S08 à une altitude de 500 km (il a fonc­tionné de 1978 à 1995 et n’est plus en activité)
  • SAMPEX est sur une altitude de 500 km environ mais avec une orbite plus ellip­tique qu’OSO8 (lancé en 1991, il fonc­tionne tou­jours actuel­lement)
  • NOAA14 à 18, dont le plus haut tourne autour de la Terre à 850 km d’altitude



 Les ceintures de Van Hallen


Les explo­sions de supernova et les vent solaires [7] pro­duisent des par­ti­cules éner­gé­tiques. Une partie de ces rayons ioni­sants est piégée sous la forme d’électrons et de protons fai­blement chargés, à 25 000 km d’altitude, appelée "ceinture exté­rieure de Van Allen", du nom de son décou­vreur [8].

Une deuxième partie est piégée sous la forme de protons hau­tement éner­gé­tiques, à 5 000 km, nommée "ceinture inté­rieure de Van Allen" [9].

Une troi­sième et der­nière partie atteint la magné­to­sphère qui la dévie vers les pôles, où leur action ioni­sante sur les atomes de la haute atmo­sphère (l’ionosphère) produit les aurores boréales (au Pôle Nord) et les aurores aus­trales (au Pôle Sud) [10].


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 Le bouclier magnétique protège la vie et la technologie


La magné­to­sphère protège notre ADN des par­ti­cules chargées d’énergie envoyées par le Soleil et le reste de l’espace (explosion de super-​​novas, quasars, etc.). Ces par­ti­cules sont beaucoup plus puis­santes que celles que pro­duisent les accé­lé­ra­teurs du CERN près de Genève. On connaît leurs dangers par leurs effets sur les cel­lules des êtres vivants envoyés dans l’espace [11]. On peut donc dire que la magné­to­sphère repré­sente pour nous un bou­clier magné­tique. De manière plus générale, ce bou­clier est néces­saire au déve­lop­pement de la vie sur une planète.

Par com­pa­raison, Mars a possédé un champ magné­tique qui a aujourd’hui disparu. Mars était plus petite que la Terre, son noyau s’est refroidi plus vite, elle n’a donc plus de champ magné­tique. Les scien­ti­fiques et les auteurs de science-​​fiction qui ima­ginent la ter­ra­for­mation de Mars oublient souvent l’absence de magné­to­sphère et le pro­blème des rayons cosmiques.

Le bou­clier magné­tique protège également les trans­for­ma­teurs d’une sur­charge sous l’effet d’un puissant vent solaire (chargé de protons). Autrement dit, les trans­for­ma­teurs des pylônes électriques.seraient grillés et no villes seraient coupées d’électricité. Les satel­lites de télé­com­mu­niation se pro­tègent autrement [12] : ils se retournent pour faire "dos" au Soleil dans le cas d’une éruption solaire en direction de notre planète. Ils seraient détruits s’ils ne le fai­saient pas. Les astro­nautes qui ont marché sur la Lune ont béné­ficié d’un coup de chance en 1969 : si un vent solaire avait touché leur vaisseau, ils n’auraient jamais pu revenir sur Terre.

Les satel­lites en orbite autour de la Terre et les téles­copes spa­tiaux, comme Hubble, ont également besoin du champ magné­tique ter­restre pour s’orienter [13].

Ainsi, on peut dire que le champ magné­tique est une condition sine qua none au déve­lop­pement de la vie et des télé­com­mu­ni­ca­tions [14].


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 L’inversion du champ magnétique terrestre


Le champ magné­tique ter­restre se retourne tous les 250 000 ans à 500 000 ans. Le dernier retour­nement en date remonte à 780 000 ans. Cela signifie un retard de 250 000 ans environ.

Une (…) étude démontre que les moments d’inversion sont marqués par une baisse d’intensité du champ magné­tique ter­restre. On suppose donc que, pendant ces périodes d’inversion, le champ magné­tique ter­restre passe par un minimum, avec une magné­to­sphère beaucoup plus faible, laissant passer les rayon­ne­ments cos­miques jusqu’à l’ionosphère.

Cet affai­blis­sement tou­cherait les pôles secon­daires les uns après les autres, avant d’entraîner l’ensemble de la "dynamo" ter­restre. Durant cette inversion, la Terre serait par­ti­cu­liè­rement exposée aux vents solaires.



 Les prémisses d’une inversion


Depuis 50 ans, on détecte une dimi­nution du champ magné­tique ter­restre. L station Bulder au Colorado détectait un ralen­tis­sement du flux de par­ti­cules à 300 km d’altitude en 1950. Aujourd’hui, ces par­ti­cules ne sont plus freinées qu’à quelques cen­taines de kilomètres.

Cette dimi­nution oblige les satel­lites et les télé­scopes spa­tiaux qui s’orientent avec le champ magné­tique, tels que le télé­scope spatial Hubble, à fonc­tionner dans une zone de plus en plus restreinte.

Cette variation est inégale dans les deux hémi­sphères : la magné­to­sphère est 20% moins puis­sante dans l’hémisphère nord.

En 2002, les cher­cheurs du dépar­tement de géo­ma­gné­tisme et paléo­ma­gné­tisme de l’Institut de phy­sique du globe de Paris (IPG) publient une étude [15], selon laquelle quatre régions subissent des varia­tions du champ magné­tique. Ces régions seraient autant de pôles secondaires.

  • La pre­mière est située sous l’océan Paci­fique, dans l’hémisphère Nord. Le champ magné­tique y est par­ti­cu­liè­rement fort et la variation observée reste faible.
  • La seconde cor­respond à l’anomalie atlan­tique sud [16]. Dans cette zone, située dans le Paci­fique, entre les îles Gala­pagos, la Terre de Feu, l’Afrique du Sud, la Namibie et les îles Cap-​​Vert, le magné­tisme a diminué de manière impor­tante [17], en passant de 48000 nano­teslas environ (le taux en Europe) à de 22000 nano­teslas seulement en son centre.
  • Les deux autres se situent aux pôles.

Cette étude conclut : "le méca­nisme mis en œuvre dans les varia­tions constatées pourrait être simi­laire à celui des inver­sions magnétiques".

En 2005, deux scien­ti­fiques : le Français géo­logue Jean-​​Jacques Orgeval et le géo­phy­sicien canadien Larry Newitt mesurent que le Pôle Nord s’est déplacé de près de 120kms en un an, soit une moyenne de 300 m par jour. Pour vérifier ces résultats spec­ta­cu­laires ils sont retournés en avril 2007, en pleine Année Polaire Inter­na­tionale au Pôle Magnétique.

Par ailleurs, les aurores boréales se mul­ti­plient en dehors du cercle polaire. Ainsi, le 15 février 2011, on attendait une aurore ter­restre dans le ciel belge, mais le nuage de plasma a ralenti et est arrivé de jour dans l’atmosphère ter­restre, si bien qu’il n’a pas pu être observé [18]. Des condi­tions météo­ro­lo­giques défa­vo­rables auraient également pu cacher le phé­nomène. L’extension des aurores "boréales", que l’on devrait appeler des aurores ter­restres, dans des zones autrefois pro­tégées par le bou­clier magné­tique, montrent une dimi­nution du champ magné­tique terrestre.

Cette "ano­malie" pourrait annoncer une pro­chaine inversion des pôles :

(…) Les données des satel­lites tels que OSO8, NOAA (14 à 18), SAMPEX et les iono­sondes apportent aujourd’hui une nou­velle vision de cette ano­malie. Leurs mesures montrent iné­luc­ta­blement la pré­sence d’aurores ter­restres. Des éléments nou­veaux sur cette ano­malie ter­restre pourrait annoncer une pro­chaine inversion de polarité de la Terre d’ici 1000 ans [19].



 Une conséquence inattendue


En dehors des effets nocifs de ces rayons cos­miques sur la division cel­lu­laire, cer­tains auteurs entre­voient la pos­si­bilité de muta­tions du génome [20] :

Lors des inver­sions passées du champ magné­tique, les labo­ra­toires spé­cia­lisés dans les data­tions ont mis en évidence une hausse de radio­ac­tivité à la surface de la Terre. C’est l’augmentation de la radio­ac­tivité en général et notamment l’augmentation des iso­topes radio­actifs du carbone 14 qui pour­raient être la cause d’une diver­si­fi­cation des espèces ter­restres par mutation [21].



 De nombreuses inconnues


Nous ne connaissons pas encore avec cer­titude les condi­tions, les effets et la durée d’une inversion des pôles magné­tiques, d’une inversion des pôles. Mais le champ magné­tique ter­restre n’est pas immuable et il faut s’attendre à des varia­tions plus impor­tantes que celles que nous avons connues jusqu’ici. Il ne s’agit pas de catas­tro­phisme, mais uni­quement de pré­vention ou de gestion des risques [22].


Illustrations de l’article : images NASA libres de droit.

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The world is strange, it isn’t ?



[1] L’atmosphère est com­posée de dif­fé­rentes couches : la tro­po­sphère fait 11 km, la stra­to­sphère se situe à 50 km d’altitude, suivie de la méso­sphère à 80 km, de la iono­sphère, de la ther­mo­sphère à 500 km et au-​​​​delà de l’exosphère et de la magné­to­sphère. A noter que la iono­sphère peut monter jusqu’à 800 km par échauf­fement et dila­tation de l’atmosphère dus aux vents solaires.

[2] Ces mou­ve­ments ont lieu à la surface du noyau terrestre.

[3] Les infor­ma­tions récentes pro­viennent de l’article de Patrick BARONI (AACCEA Astro­nomie, CEA Saclay, CLB CNRS), « le champ magné­tique perd-​​​​il le nord ? », in L’Astronomie (Société astro­no­mique de France), n°34/​janvier 2011, pp. 16-​​22.

[4] Voir http://​www​.tri​angle​-ber​mudes​.com/​t​h​e​o​r​i​e​s​-​p​e​r​t​u​r​b​a​t​i​o​n​s​-​e​l​e​c​t​r​o​-​m​a​g​n​e​t​i​s​m​e.htm et http://​www​.tri​angle​-ber​mudes​.com/​t​h​e​o​r​i​e​s​-​n​o​r​d​-​m​a​g​n​e​t​i​q​u​e​-​v​r​a​i​.html

[5] Voir http://​www​.lagran​dee​poque​.com/​L​G​E​/​S​c​i​e​n​c​e​/​L​e​-​t​r​i​a​n​g​l​e​-​d​e​s​-​B​e​r​m​u​d​e​s​-​d​e​-​l​O​r​i​e​n​t​-​l​e​-​l​a​c​-​P​o​y​a​n​g​-​d​e​-​C​h​i​n​e​.html

[6] Voir les données en ligne : http://​www​.inter​magnet​.org/​D​a​t​a​_​f.php

[7] Quand le Soleil produit des érup­tions de plasma, une grande partie de la matière retourne vers l’étoile grâce à son propre champ magné­tique (ce qui explique les flammes en forme de boucle). Celui-​​​​ci se mani­feste notamment par l’apparition de tâches solaires à sa surface, c’est-à-dire de zones refroidies par l’activité magné­tique (5000°C au lieu de 6000°C). Les érup­tions solaires s’accompagnent d’orages magné­tiques qui peuvent per­turber le champ magné­tique ter­restre, et de vents solaires chargés de protons qui pour­raient jouer un rôle dans la pro­duction de nuages. Les nuages reflétant le rayon­nement infra-​​​​rouge de la Terre, ils aug­mentent ainsi l’effet de serre… en même temps qu’ils filtrent le rayon­nement solaire, qui est une source de chaleur pour la Terre. L’impact du Soleil sur le climat est délicat à évaluer.

[8] James Alfred Van Allen (19142006), phy­sicien et astronome amé­ricain, découvrit les deux cein­tures de radia­tions qui entourent la Terre à partir des données rap­portés par Explorer 1 en 1958. Ce fut la pre­mière décou­verte apportée par un satellite.

[9] Ces cein­tures forment des boucles autour des pôles magné­tiques. Un satellite ou un astro­naute doit les tra­verser très rapi­dement, car ils subi­raient plu­sieurs mil­lions de rads par heure. Or, si ces radia­tions peuvent faire des dégâts aux appa­reils élec­tro­niques d’un satellite, ils seraient mortels pour l’homme (500 rads suf­fi­raient pour entraîner une dose mor­telle de radiations).

[10] Voir http://​www​.astro​nomes​.com/​c​1​_​​s​o​l​a​i​r​e​/​​p​132​_​a​t​m​o​s​.html

[11] Voir http://​www​.nmdb​.eu/​?​q​=​n​o​d​e​/​344​#Sec2

[12] Les satel­lites géo­sta­tion­naires se situent à une altitude de 36000 km, très loin au-​​​​dessus de la ceinture inté­rieure de Van Allen. Cependant, ils croisent parfois - pour un court instant heu­reu­sement - la ceinture exté­rieure qui est élec­tri­quement chargée.

[13] Hubble possède dif­fé­rents sys­tèmes pour s’orienter : un capteur par rapport au Soleil, six autres par rapport aux étoiles, une série de gyro­scopes et un autre capteur par rapport au champ magné­tique céleste. Voir [http://​www​.astro​cosmos​.net/​a​r​t​icle/…]->http://​www​.astro​cosmos​.net/​a​r​t​icle/…

[14] Une condition pour découvrir un jour de la vie (intel­li­gente) sur une autre planète serait donc l’existence d’un champ magné­tique suf­fisant pour résister aux vents solaires pro­jetés par son étoile. Il y aurait donc un rapport à établir entre la taille de la planète (et son âge), la taille de l’étoile (et son âge), et la dis­tance de la planète à l’étoile, soit R = Pta /​​ Sta x d.

[15] Etude dirigé par Hugot Gau­thier et publié dans la revue Nature. Voir Le Monde du 25.04.02.

[16] ou SAA (South Atlantic Anomaly

[17] "Il a fallu 50 ans pour passer d’une petite ano­malie à un trou gigan­tesque". Cf. Patrick BARONI (AACCEA Astro­nomie, CEA Saclay, CLB CNRS), « le champ magné­tique perd-​​​​il le nord ? », in L’Astronomie (Société astro­no­mique de France), n°34/​janvier 2011, p. 22.

[18] Voir http://​www​.rtbf​.be/​i​n​f​o​/​s​o​c​i​e​t​e​/​d​e​t​a​i​l​_​e​r​u​p​t​i​o​n​-​s​o​l​a​i​r​e​-​p​a​s​-​d​-​a​u​r​o​r​e​-​b​o​r​e​a​l​e​-​c​e​t​t​e​-​n​u​i​t​?​i​d​=​5623353

[19] Patrick BARONI (AACCEA Astro­nomie, CEA Saclay, CLB CNRS), « le champ magné­tique perd-​​​​il le nord ? », in L’Astronomie (Société astro­no­mique de France), n°34/​janvier 2011, p. 22.

[20] Les muta­tions sont le plus souvent néga­tives (cancer…), mais il suffit qu’1% des muta­tions soient posi­tives pour que la sélection natu­relle fasse le reste…

[21] P. JEAN-​​​​BAPTISE, M. PATERN, "Carbone 14 et envi­ron­nement global : varia­bilité natu­relle et apports anthro­piques", in Radio­pro­tection, 2003, 38, n°3, pp. 377-​​390.

[22] Un risque ne doit pas être évaluer en fonction seulement de sa pro­ba­bilité mais aussi des dom­mages qu’il peut pro­voquer au cas où cette pos­si­bilité se pro­duirait. On peut ajouter aussi un troi­sième facteur : la capacité de l’homme à faire face à cette menace si elle devenait effective.


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Commentaires

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mercredi 5 février 2014 à 22h20 - par  Pitt

Il n’y a aucune simu­lation à ce jour capable de prédire le caractère de la pro­chaine per­tur­bation du champ magné­tique. Mais dans un cas comme dans l’autre (inversion/​excursion) Le champ magné­tique se retrouvera bou­le­versé : faible intensité du champ magné­tique, appa­rition de pôles sup­plé­men­taires, etc, … Nous serons for­tement exposé au radiation UV et au vent solaire, ce qui pro­vo­quera une hausse du nombre de cancer et également des pannes élec­triques général plus ou moins fré­quente due aux inter­fé­rences du vent/​émission solaire. En espérant avoir répondu à votre question et attentes.

lundi 26 novembre 2012 à 20h41

bonsoir,

Ne serait t’il pas plus pro­bable qu’une excursion plutôt qu’une inversion du champs magné­tique se produise ?

Dans ce cas existe t’il une simu­lation per­mettant de définir des lati­tudes ou une cer­taine pro­tection magné­tique persisterait ?

Merci !

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