(Champ magnétique terrestre)
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(Champ magnétique terrestre)
Christian Loverde Champ magnétique terrestre Lycée Jaufré Rudel Première Sti Champ magnétique terrestre (Wikipédia, Nasa et autres sources) La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe Le noyau externe est composé essentiellement de fer et de nickel en fusion conducteurs - qui se comporte comme une gigantesque dynamo. L'effet dynamo est une théorie géophysique qui explique l'origine du champ magnétique terrestre. Dans le mécanisme de cette dynamo le mouvement liquide dans le noyau externe de la terre déplace un matériau conducteur (fer liquide) et génère un courant électrique. Ce courant électrique produit un champ magnétique qui se trouve le long de l'axe de la rotation de la terre. Le Dr Xiaodong Song, de l'Université d'Illinois et le Dr Paul Richards de l'Université de Columbia viennent (25 août 2005) d'apporter la preuve que le noyau solide interne tournait plus vite que le reste de la planète. Le champ magnétique produit peut être comparé , en première approximation, à un aimant droit ou à une bobine plate parcourue par un courant. Saturne, Uranus, Neptune et surtout Jupiter possèdent un champ magnétique important. La boussole Bien que les aimants aient été connus depuis l'Antiquité, ce sont les Chinois qui, vers l'an 1000 les utilisèrent pour s'orienter à l'aide de la boussole. La relation entre les aimants et le champ magnétique terrestre fut découverte en 1600, par William Gilbert, un physicien anglais et médecin de la reine Elisabeth I. Cette théorie est la première concernant des caractéristiques globales de la Terre, avant la gravité d'Isaac Newton. Il démontra comment une boussole placée à la surface d'une boule magnétisée (la "Terrella") indique toujours le même point, comme elle le fait sur la Terre. Champ magnétique terrestre.doc Page 1 of 4 Created on 31/01/2007 10:51:00 Christian Loverde Champ magnétique terrestre Lycée Jaufré Rudel Première Sti L'aiguille de la boussole s'oriente suivant la composante horizontale du champ magnétique terrestre en restant tangente à la ligne de champ du lieu où elle se trouve. L'aiguille indique la direction du pôle Nord magnétique et non celle du pôle Nord géographique, la différence angulaire est appelée déclinaison magnétique, dont la valeur dépend du lieu où l'on se trouve. La déclinaison magnétique d'un lieu est fournie sur les cartes détaillées (1/50000 ou 1/25000) de la région. Sur les cartes marines est également fournie une estimation de sa variation annuelle. Dans la mesure où c'est le nord de la boussole qui se dirige vers le "Nord" magnétique, ce "Nord" est en fait un pôle Sud, selon les conventions de l'électromagnétisme. En un point donné du champ magnétique terrestre, le champ magnétique possède une composante verticale dirigée vers le centre de la Terre et une composante horizontale. Aux pôles magnétiques la composante horizontale a une valeur nulle. L'angle formé par le champ et sa composante horizontale est appelé inclinaison. Il augmente lorsque l'on se rapproche des pôles en tendant vers 90°. La valeur de l'induction magnétique est exprimée en tesla. Actuellement, elle est de l'ordre de 47 µT au centre de la France. Description du champ magnétique terrestre L'ensemble des lignes de champ magnétique de la Terre situées au-dessus de l'ionosphère, soit à plus de 1000 km, est appelé magnétosphère. L'influence du champ magnétique terrestre se fait sentir à plusieurs dizaines de milliers de kilomètres. Image: Le pôle Nord magnétique terrestre est en réalité un pôle de magnétisme « sud » qui attire le pôle « nord » de l'aimant que constitue l'aiguille de la boussole. Cette erreur historique d'appellation conventionnelle des pôles de magnétisme nord sera difficile à rectifier ; noter que le pôle de magnétisme nord de l'« aimant terrestre » pointe vers le sud géographique. L'axe géomagnétique, passant par les deux pôles magnétiques, fait un angle de 11.5° par rapport à l'axe de rotation de la Terre et de ce fait, le pôle nord magnétique (Nm) est à environ 1000 km du pôle nord géographique (Ng), en direction du Canada. Le pôle nord magnétique se rapproche actuellement du pôle nord géographique à une vitesse moyenne de 40 km/an. La position du pôle magnétique varie au cours de la journée, se déplaçant ainsi de plusieurs dizaines de km autour de sa position moyenne. Le vent solaire est responsable de ces variations par les courants électriques qu'il génère dans l'ionosphère et la magnétosphère. Les orages magnétiques peuvent perturber le champ magnétique terrestre en faisant varier l'intensité de la composante horizontale Bo. De plus, les vents solaires déforment le champ magnétique terrestre. Côté jour, il est aplati et du côté nuit, il s'étire sur une dizaine de rayons terrestres. Champ magnétique terrestre.doc Page 2 of 4 Created on 31/01/2007 10:51:00 Christian Loverde Champ magnétique terrestre Lycée Jaufré Rudel Première Sti Un bouclier protecteur de la Vie La magnétosphère, créée par le champ magnétique terrestre, joue un rôle essentiel dans le développement de la vie sur terre en déviant les particules mortelles du vent solaire et des rayons cosmiques. Lorsque le noyau se sera refroidi (dans quelques... milliards d'années) et qu'en conséquence le champ magnétique aura disparu, il est probable que les formes de vie existantes ne pourront plus subsister. Ces conditions sont celles qui règnent aujourd'hui sur la Lune et Mars. La magnétosphère (image NASA) terrestre est l'ensemble des lignes de champ magnétique de la Terre situées au-delà de l'ionosphère, c'està-dire au-dessus de 800 à 1 000 km d'altitude. S'il n'y avait pas de vent solaire, le spectre magnétique de la Terre serait semblable à celui d'un aimant droit isolé. En réalité, la magnétosphère agit comme un écran et protège la surface terrestre des excès du vent solaire, nocif pour la vie. Elle s'oppose au vent solaire comme une culée de pont dévie le courant d'une rivière. En contrepartie le vent solaire déforme le spectre magnétique de la Terre en lui donnant une forme de comète. Chaque planète magnétisée (Mercure, la Terre, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) possède sa propre magnétosphère. Dans les régions polaires, du côté du Soleil (côté jour), se trouvent les cornets polaires. Les cornets polaires agissent comme des entonnoirs dans lesquels les particules électrisées du vent solaire peuvent pénétrer et provoquer l'apparition d'aurores polaires. Les aurores, boréales dans l'hémisphère nord, australes dans l'Antarctique, se forment dans les zones aurorales nord et sud. Du côté nuit, les lignes de champ ne se referment pas et constituent la queue avec le feuillet neutre et la couche de plasma. La queue s'étire à plus de 300 000 km dans la direction opposée au Soleil. A moins de quelques milliers de km de la surface terrestre se trouve une zone annulaire placée dans le plan de l'équateur magnétique dans laquelle des particules électrisées, protons et électrons provenant du vent solaire, peuvent se retrouver piégés par le champ magnétique. C'est là que se forment les ceintures de Van Allen ou ceintures de radiations. Champ magnétique terrestre.doc Page 3 of 4 Created on 31/01/2007 10:51:00 Christian Loverde Champ magnétique terrestre Lycée Jaufré Rudel Première Sti Structure interne de la Terre En partant de la surface : • Ecorce terrestre : elle fait 30 à 100 km d'épaisseur (sous les massifs montagneux). • Le manteau, composé de lave liquide, séparé de la croûte terrestre par la discontinuité de Mohorovicic (M) et est l'objet de courants de convection de lave liquide (E). • La partie externe du noyau, de 7000 km de diamètre, qui est à l'état liquide. • La partie interne du noyau, de fer et de nickel, de 2400 km de diamètre, qui est à l'état solide. La structure interne de la Terre est répartie en plusieurs enveloppes successives, dont les principales sont la croûte terrestre, le manteau et le noyau. Cette représentation est très simplifiée puisque ces enveloppes peuvent être elles-même décomposées. Pour repérer ces couches, les sismologues utilisent les ondes sismiques, et une loi : Dès que la vitesse d'une onde sismique change brutalement et de façon importante, c'est qu'il y a changement de milieu, donc de couche. Cette méthode a permis, par exemple, de déterminer l'état de la matière à des profondeurs que l'homme ne peut atteindre. (manteau profond - noyau) Variation séculaire du champ magnétique terrestre On appelle variation séculaire, le lent changement du champ magnétique terrestre sur des périodes allant de quelques années à des millénaires. Elle a été découverte en 1634, par Henry Gellibrand qui a comparé ses observations de la déclinaison magnétique à Londres à des observations précédentes. La figure montre la variation de la déclinaison entre 1783 et 2000 à San Francisco. Tous les éléments du champ magnétique, et non seulement la déclinaison, varient avec le temps Aspects importants de la variation séculaire : cette variation n'est pas stable, aussi bien dans le temps que dans l'espace. La moyenne annuelle de la variation de la composante verticale en valeur absolue est d'environ 45 nT/a. Selon l’ L'Université de l'Orégon, le pôle Nord se déplace de façon raisonnable de l'Amérique du Nord vers la Sibérie. Le voyage vers la Sibérie prendra fin d'ici 50 ans. En 2001, le pôle Nord s’est déplacé de 40Km/an. Le pôle Sud ne s'est pas déplacé de la même façon. Champ magnétique terrestre.doc Page 4 of 4 Created on 31/01/2007 10:51:00