Une nouvelle hypothèse pour expliquer l'inversion du champ magnétique terrestre

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Paru le 2009-06-18 19:09:00

France - S’il est avéré que les inversions du champ magnétique terrestre sont dues aux mouvements du noyau liquide de notre planète, les mécanismes qui les provoquent restent méconnus. Une équipe de chercheurs du Laboratoire de physique statistique et de l’Institut de physique du globe de Paris a émis une nouvelle hypothèse pour expliquer leur origine.

Le champ magnétique de la Terre est semblable à celui d'un aimant, dont l’axe correspond quasiment à l’axe de rotation de la Terre. Ce champ magnétique s’est inversé plusieurs fois tout au long de l’Histoire de notre planète, pointant tour à tour le nord puis le sud géographiques de la Terre.
Ces inversions se produisent de manière aléatoire : la dernière a eu lieu il y a 780 000 ans, 200 000 ans seulement après la précédente. On ne peut donc que présumer qu’une période de plusieurs milliers d’années s’écoule avant inversion du champ.
Actuellement, alors que des paléomagnéticiens identifient les intervalles de temps nécessaires au renversement du champ, des théoriciens sont en charge de repérer les caractéristiques physiques du noyau de la Terre sur ces périodes. C’est en effet le métal en fusion, qui se trouve au cœur de ce noyau, qui est à l’origine du champ magnétique de la planète.
Depuis environ 10 ans, des équipes de chercheurs effectuent donc des expériences basées sur l’écoulement de sodium liquide. Il a fallu attendre 2007 pour que cet écoulement crée plusieurs inversions successives du champ magnétique, avec la dynamo expérimentale VKS. Ce résultat présente d’ailleurs des caractéristiques très proches de celles qui ont été déduites des observations des paléomagnéticiens.
Le modèle qui a été identifié avec cette dynamo expérimentale repose sur la concurrence entre les deux modes de champ magnétique qui coexistent à des intensités variables. Il s’agit du mode dipolaire, qu’on mesure actuellement sur Terre, et du mode quadrupolaire.
La symétrie de l’écoulement du noyau liquide est rompue du fait de l’imparfaite symétrie sphérique des objets astrophysiques. Les champs dipolaires et quadrupolaires sont alors couplés, et, lorsque ce couplage est trop fort, le champ magnétique s’inverse de façon périodique.
C’est ainsi qu’on explique les inversions polaires du Soleil, qui ont une périodicité de 22 ans. Toutefois, sur Terre, si ce couplage n’est pas suffisamment fort pour assurer une oscillation spontanée, un renversement peut se produire suite aux troubles de l’écoulement du noyau.
Le renversement du champ magnétique s’opère en deux temps. D’abord, l’amplitude du dipôle décroît lentement pendant que celle du quadrupôle augmente. Par la suite, l’amplitude du quadrupôle diminue très vite en pointant le pôle opposé à sa direction de départ. Lorsque cette phase touche à sa fin, le dipôle récupère une amplitude élevée puis se stabilise dans son nouvel état de polarité.
Parfois, après la première phase, le dipôle reprend de l’amplitude et revient à sa direction initiale. Le renversement n’aboutit pas. Par ailleurs, il arrive que des changements infimes dans l’écoulement du noyau liquide engendrent une augmentation considérable de la durée entre deux renversements.