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Géomagnétisme Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme.

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1 Géomagnétisme Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme

2 1 : Quest-ce que le géomagnétisme ? Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Le géomagnétisme a pour objet létude du champ magnétique terrestre Il existe 3 objectifs principaux : Physique du globe Étude de ses variations temporelles pour en préciser les parts externes et internes Géodynamique Reconstitution des mouvements passés des plaques lithosphériques Géophysique appliquée Prospection et étude des anomalies magnétiques (profondes ou en surface)

3 2 : Paramètres et unités Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme H est le champ de force magnétique On définit la densité de flux magnétique, appelée induction magnétique B : Avec µ : perméabilité absolue du milieu

4 Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme H est un vecteur dont le module sexprime en A.m -1 (ampère par mètre) 1 A.m -1 est le champ magnétique produit au centre dune spire circulaire de 1 m de rayon parcourue par un courant de 1 A B (souvent considéré abusivement comme le champ magnétique) sexprime en T (tesla) T est une unité très grande ; dans la réalité, on utilise plutôt le nT (nanotesla) : 1nT = T µ a pour unité le.s.m -1 (ohm-seconde par mètre)

5 Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme La perméabilité du vide est notée µ 0 Dans le vide, un champ H crée une densité de flux B 0 : Dans la pratique, on considère la perméabilité de lair et de la plupart des roches égale à µ 0, avec µ 0 = s.m -1 La perméabilité relative dun milieu est notée µ r : µ r est le rapport des 2 perméabilités ; cest un nombre adimensionnel

6 Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme On peut dire que : Avec : est la susceptibilité magnétique du milieu, qui est adimensionnelle Dans le vide, µ r = 1 et = 0

7 Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Pour avoir une densité de flux µH dans le milieu, il faut ajouter à µ 0 H un champ additionnel H Ce champ, exprimé en A.m -1, est appelé lintensité de magnétisation M induite par H : En écriture vectorielle, on note : Donc, dans un repère Oxyz :

8 Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Si un corps de volume v est uniformément aimanté avec lintensité M, on peut en déduire le moment magnétique m, exprimé en A.m² : On peut en déduire que : Une intensité de magnétisation peut exister dans certains corps ; elle est alors appelée magnétisation permanente ou rémanente Si un corps est soumis à un champ externe H, il acquerra en plus une intensité induite de magnétisation

9 3 : Le champ magnétique terrestre Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Schématiquement, le champ magnétique terrestre ressemble à celui dun énorme aimant Il est explicable à plus de 90% par un dipôle au centre de la Terre m A.m²

10 Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme a : Caractéristiques du champ magnétique terrestre La direction du champ varie avec la localisation : Vertical aux pôlesHorizontal à léquateur Le champ varie également dans le temps : Origine externe (vent solaires) Variations en intensité et en direction Quelques dizaines de nT en période calme Quelques centaines de nT en période agitée (tempêtes magnétiques) Nécessité dappliquer une correction diurne

11 Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Le champ magnétique terrestre peut être défini par 3 composantes en tout point donné : Intensité FInclinaison IDéclinaison D

12 b : Inclinaison magnétique Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Linclinaison a une influence sur la forme des anomalies magnétiques générées :

13 4 : Notions de dipôle Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Ce concept est fondamental pour comprendre le comportement magnétique de la matière Un dipôle magnétique est la combinaison de 2 charges magnétiques de signe opposé (ou pôles), séparée par une courte distance Un aimant est un dipôle magnétique -+ m Entre ces 2 pôles se trouve un champ électrique proportionnel à la charge de ces pôles Les dipôles ont un moment magnétique m représenté par un vecteur orienté du + vers le -

14 Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme En première approximation, le champ magnétique terrestre est généré par un dipôle situé au centre de la Terre 5 : Schématisation du champ magnétique terrestre Ce dipôle "fictif" est placé suivant une droite faisant un axe de 11,5° avec laxe de rotation Une telle structure schématique du champ magnétique terrestre est appelé champ de Gauss

15 Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Le champ réel est irrégulier et les pôles magnétiques vrais ne coïncident pas avec les pôles géomagnétiques et ne sont pas diamétralement opposés La ligne où linclinaison I = 0 nest jamais à plus de 15° de léquateur

16 Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme La mise en plan des endroits dégales inclinaison, déclinaison ou intensité magnétique donne des cartes isomagnétiques Intensité horizontaleIntensité verticale En France, lintensité du champ terrestre est de lordre de nT

17 6 : Origine du champ magnétique principal Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Théoriquement, le champ magnétique terrestre peut être causé par une source interne ou externe ; ce magnétisme peut être rémanent ou engendré par un flux de courant Des analyses mathématiques ont montré quau moins 99% du champ observé en surface est causé par des sources internes

18 a : Hypothèses avancées Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Blackett (1947) : par observation des moments magnétiques de la Terre, du Soleil et dune étoile, il en a conclu que cest une propriété fondamentale des corps en rotation Théorie périmée car sappuyant sur une fausse valeur de H du Soleil Cagniard (1961) : léquivalent dun dipôle est créé par la présence de très fortes charges électriques entraînées par la rotation terrestre Abandonnée car la magnétisation engendrée et le gradient du potentiel observé sont trop faibles par rapport à la théorie

19 Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Théorie de la Terre uniformément magnétisée Demande une intensité de magnétisation trop forte par rapport aux observations des roches de surface Les hautes températures qui existent à lintérieur de la Terre (> 2000°C) dépassent largement la température de Curie de la plupart des matériaux (Fe : 750°C ; Ni : 360°C ; magnétite : 575°C) ; ces matériaux possèdent alors une aimantation très faible incompatible avec des aimants permanents

20 Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Théorie actuelle : la géodynamo Le champ magnétique terrestre est créé et entretenu par un processus dinduction ; des courants électriques intenses circulent dans le noyau extérieur (1300 < r < 3500 km) qui possède une conductibilité électrique très forte Le modèle utilisé est dit auto-excité : un fluide de grande conductivité bouge dans un mouvement complexe et des courants électriques sont causés par des variations chimiques qui produisent un champ magnétique

21 b : Variations internes séculaires Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme De longues séries dobservations montrent que le champ magnétique terrestre est loin dêtre constant Ces données ont lair cycliques, mais dautres observations ailleurs sur le globe ne confirment pas ces conclusions ; ces variations ont un caractère régional

22 7 : Champ magnétique externe Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme La majeure partie du 1% du champ magnétique provenant de lextérieur de la Terre apparaît être associée aux courants électriques dans les couches ionisées de la haute atmosphère Les variations, tant temporelles que spatiales, de ce champ dorigine externe sont beaucoup plus rapides que celles du champ dit "permanent"

23 a : Variation diurne régulière Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Le phénomène dionisation est dû essentiellement au rayonnement lumineux Lionisation augmente le jour et diminue la nuit ; la variation diurne suit le rythme solaire Lamplitude de la variation est influencée par le cycle dactivité solaire (taches solaires) qui passe par un maximum tous les 11 ans Lionosphère se déplace par rapport au globe solide : Circulation atmosphérique qui rétablit léquilibre entre hémisphères "nuit" et "jour" "Marée" atmosphérique

24 b : Tempêtes magnétiques Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme Ce sont des perturbations magnétiques dont les amplitudes peuvent atteindre 2000 nT Elles se retrouvent à toutes les latitudes, mais sont plus importantes dans les régions polaires, où elles sont à lorigine des aurores boréales (hémisphère nord) ou australes (hémisphère sud) Elles sont dues à lémission de particules électriques par le Soleil Ces tempêtes peuvent durer plusieurs jours, entraînant des perturbations magnétiques qui troublent les communications radios à grande échelle

25 8 : Magnétosphère Géophysique : Magnétisme environnemental Géomagnétisme La magnétosphère est une région dans laquelle le mouvement des particules est dicté par le champ magnétique terrestre La forme de la magnétosphère est définie par linteraction des particules du vent solaire avec le champ magnétique terrestre Face au Soleil, elle sétend en moyenne jusquà km Du côté opposé, elle sétire en une queue qui sétend sur plusieurs millions de km


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