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géomagnétisme

Mappemonde et boussole
Mappemonde et boussole

Ensemble des phénomènes magnétiques liés au globe terrestre. (Synonyme : magnétisme terrestre.)

Le champ magnétique terrestre, en changement permanent, est créé par les mouvements du magma à l’intérieur du noyau terrestre et forme une enveloppe qui protège la Terre du vent solaire (particules très énergétiques émises par le Soleil). Il est également appelé champ géomagnétique.

1. Observation du champ magnétique terrestre

La découverte, au cours du xie siècle, qu’une aiguille aimantée indique la direction du nord ouvre la voie à l’étude des propriétés magnétiques de ce gigantesque aimant qu’est le globe terrestre. La première application de ce phénomène est l’utilisation de boussoles pour s’orienter à la surface du globe. En effet, une boussole indique la direction des pôles magnétiques, qui ne correspondent pas aux pôles géographiques. Par exemple, le pôle nord magnétique est actuellement situé dans le nord du Canada, à plus de 1 500 km du pôle Nord géographique.

Une autre façon d’observer le champ magnétique terrestre consiste à observer les aurores polaires (phénomène lumineux spectaculaire dû aux collisions entre des particules très énergétiques provenant du Soleil et les molécules de gaz de l’atmosphère). Les aurores polaires se produisent aux pôles (Sud et Nord), où elles prennent la forme de vagues colorées qui suivent les lignes du champ magnétique terrestre.

2. Origine du champ magnétique terrestre

Le champ magnétique terrestre a pour origine les mouvements du magma (roches en fusion) situé en profondeur. Il n’est pas dû au fer qui compose le noyau, puisque le fer ne se comporte plus comme un aimant à la température où il se trouve au centre de la Terre (de l’ordre de 6 000 °C). Le magnétisme est provoqué par le mouvement du magma métallique dans le noyau externe liquide (d’environ 2 200 km d’épaisseur) qui tourne autour du noyau interne solide (de 1 300 km de rayon). Ces mouvements font que le globe terrestre se comporte comme si un énorme aimant droit était placé en son centre.

Le champ magnétique des autres planètes

D’autres planètes du Système solaire possèdent également un champ magnétique, comme les planètes géantes (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune). Le champ magnétique terrestre est le plus puissant actuellement des planètes telluriques, puisque la Terre est la plus grosse d’entre elles et son noyau ne s’est toujours pas refroidi. Seule la planète Vénus ne possède pas de champ magnétique.

3. Caractéristiques du champ magnétique terrestre

L’intensité du champ magnétique (exprimée en teslas, de symbole T) varie en fonction de l’endroit où l’on se trouve à la surface de la Terre. Elle est plus faible à l’équateur (environ 3×10-5 T) qu’au niveau des pôles (environ 6×10-5 T). Son intensité moyenne, mesurée à l’aide d’un magnétomètre, est de 5×10-5 T.

Pôle nord et pôle sud magnétiques

Le champ magnétique terrestre est bipolaire, puisqu’il existe un pôle nord et un pôle sud magnétiques. Le pôle nord magnétique est actuellement situé dans le nord du Canada, à plus de 1 500 km du pôle Nord géographique. Le pôle sud magnétique est quant à lui situé au large de la terre Adélie. L’axe géomagnétique (qui passe par les deux pôles magnétiques) fait un angle de 11,5° par rapport à l’axe de rotation de la Terre. La différence angulaire entre le nord magnétique et le nord géographique est appelée déclinaison magnétique. Sa valeur varie en fonction du lieu où l’on se situe à la surface du globe.

Par convention, on appelle « pôle nord magnétique » l'endroit où sort le champ magnétique et « pôle sud magnétique » celui où entre le champ magnétique. Les scientifiques ont déterminé que le champ magnétique terrestre pointe vers le bas dans l’hémisphère Nord et vers le haut dans l’hémisphère Sud. Par conséquent, le pôle nord magnétique situé dans l’Arctique canadien est en réalité le pôle sud magnétique. Toutefois, par tradition, et parce qu’il est situé au nord géographique, on l’appelle pôle nord magnétique.

4. Évolution du champ magnétique terrestre

Depuis le xviie s., on sait que le champ magnétique terrestre varie avec le temps. Constructeurs d'instruments et physiciens ont cherché à déterminer si ces variations se produisent de façon régulière, journalière, annuelle ou sur de plus longues périodes. Mais le champ magnétique terrestre évolue de manière complexe. Ses variations sont aujourd'hui enregistrées en permanence dans plus de deux cents « observatoires magnétiques » répartis à la surface du globe.

4.1. Paléomagnétisme

Le champ magnétique terrestre a beaucoup changé au cours des temps géologiques et il change encore aujourd’hui. Il y a 500 millions d’années, le pôle nord magnétique était proche de l’île d’Hawaii dans l’océan Pacifique alors qu’il est aujourd’hui situé dans le nord du Canada. En fait, la position des pôles magnétiques bouge en permanence, en fonction des variations du champ magnétique terrestre ; la position de chaque pôle varie de plusieurs dizaines de kilomètres autour d’une position moyenne journalière. L’étude des variations du champ géomagnétique sur de grandes échelles de temps (→ paléomagnétisme) est réalisée grâce aux roches magmatiques qui conservent la trace du champ magnétique terrestre du passé.

4.2. Inversions du champ magnétique terrestre

Le champ magnétique terrestre s’est souvent inversé dans le passé. Autrement dit, le pôle nord magnétique est passé au sud magnétique, et inversement. Les géologues estiment qu’il y a eu plus de 300 inversions depuis 200 millions d’années. À chaque inversion, le champ magnétique terrestre faiblit avant de s’inverser, entraînant une diminution de l’intensité du bouclier magnétique. La dernière inversion, dite inversion Brunhes-Matuyama, remonte à 780 000 ans. La connaissance de ces inversions a eu une grande influence sur les théories de la tectonique des plaques et de la dérive des continents qui expliquent la formation des montagnes, des volcans et des tremblements de terre.

4.3. Évolution actuelle et future du champ magnétique terrestre

Depuis la fin du xxe siècle, le pôle nord magnétique se rapproche du pôle Nord géographique à une vitesse de l’ordre de 40 km par an. Par ailleurs, l’intensité du champ magnétique terrestre a diminué de 10 % depuis quelques centaines d’années. Est-ce le signe d’une prochaine inversion ou simplement le résultat d’une perturbation ? Les scientifiques ne peuvent conclure ni déduire le moment de la prochaine inversion. Leurs modèles ne leur permettent pour l’instant d’estimer les variations du champ magnétique qu’à l’horizon de cinq ans.

5. Rôle du champ magnétique terrestre

Le champ magnétique terrestre se fait ressentir jusqu’à une très haute altitude, dans une région appelée magnétosphère (altitude supérieure à 1 000 km). La magnétosphère protège la Terre des rayons cosmiques et des particules très énergétiques émises par le Soleil (vent solaire) en orientant ces rayonnements le long des lignes du champ magnétique terrestre. L’arrêt de ces particules hautement nocives pour toutes formes de vie sur Terre est plus efficace à l’équateur qu’au niveau des pôles, comme en témoigne l’existence des aurores polaires. Le champ géomagnétique sert donc de bouclier naturel à la Terre.