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Eléments de géomagnétisme. Le Géomagnétisme Etude des variations spatio-temporelles du champ de magnétique terrestre But: –Intéractions noyau + couches.

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1 Eléments de géomagnétisme

2 Le Géomagnétisme Etude des variations spatio-temporelles du champ de magnétique terrestre But: –Intéractions noyau + couches externes –Dérive des continents et mouvement des plaques –Structures locales et régionales Paramètre: champ mag, susceptibilité magnétique

3 Le champ magnétique terrestre

4 Un peu d histoire VI ième siècle avant J. C. Les chinois II ième siècle av. J. C. La première boussole. 500 ans ap. J. C. Le mot "magnétisme" ap. J. C. Le compas fait son apparition en Europe. XVI - XVII siècle Création des premiers observatoires. W. Gilbert "la Terre est une sphère aimantée » : E. Halley propose la première carte du C.M.T. de la surface de la Terre : K. F. Gauss: 1 ière description mathématique du CMT Origine interne : J. Larmor : Théorie de la géodynamo : Première mesure du vecteur C.M.T. par satellite.

5 Surface horizontale Quelques définitions : Il se caractérise pas trois composantes : H x, H y, H z Le champ magnétique est un vecteur, noté généralement Dans un espace à 3 dimensions, ce vecteur peut être représenté par 3 paramètres : l Inclinaison (I), la Déclinaison (D), l Intensité (H). Nord Est Verticale Ouest Sud I I : angle que fait le C. M. avec le plan horizontal. D D : angle que fait la composante horizontale de H avec le Nord géographique

6 Carte isocline : lignes d égale inclinaison du C. M. T + 80° + 60° + 40° 0° - 80° - 60 ° - 40° -80° L inclinaison magnétique présente globalement une symétrie par rapport à l équateur Le vecteur C. M. est orienté verticalement près des pôles Nord et Sud

7 Carte isogonique : lignes d égale déclinaison du C. M. T 0° 60° N 30° N 0° - 60° S - 30° S 0°120° E180° E60° E60° W120° W180° W La déclinaison magnétique présente une certaine symétrie Nord / Sud Il existe deux pôles magnétiques : un pôle Nord, un pôle Sud.

8 Ces différentes observations conduisent à dire, comme l avait proposé W. Gilbert au XVIIe siècle, qu en première approximation : Le Champ Magnétique de la Terre est un dipôle géocentré. Pour être plus précis, on peut dire que 90% du C. M. T actuel peut Être représenté par un dipôle. Les 10% restant forme ce que l on appelle un champ non-dipôlaire L axe de ce dipôle est incliné de 11,9° par rapport à l axe des pôles géographiques. Document, livre de C. Larroque et J. Virieux

9 Le champ magnétique terrestre

10 Les sources du champ terrestre : (Friis-Christensen et al., 2004)

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12 Le champ évolue-t-il dans le temps et dans l espace ?

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14 Ørsted (since 1999) ~ 750 km CHAMP (since 2000) ~ 400 km MAGSAT ( ) ~ km Low-Earth orbiting magnetic satellites

15 EEJ variations with UT nT/s 2 Magnetic satellites provide global coverage of the average external field variations. (Le Mouël et al., 2006)

16 Les observatoires magnétiques

17 ALGERIA (with CRAAG) FRANCE CHINA (with CEA) ETHIOPIA (with GOAAU) FR. GUYANA (with CNES) LIBANON (with CNRS) RUSSIA (with IPE RAS) TAHITI (with CEA-DASE) VIETNAM (with VNSC) ARCHIPEL CROZET ILE AMSTERDAM ILES KERGUELEN MADAGASCAR (with IOGA) TERRE ADELIE CENTRAFRIQUE SENEGAL

18 Addis Ababa (Ethiopia, 1997) Phu Thuy (Vietnam, 1993) Qsaybeh (Lebanon, 2000) Dumont dUrville (Antarctica, 1957)

19 Absolute measurements Scalar magnetometer Vector magnetometer The Chambon-la-Forêt magnetic observatory

20 INTERMAGNETs requirements Vector magnetometer Resolution:0,1 nT Dynamics:6000 nT for the auroral & equatorial zones 2000 nT for the mid-latitude zones Passband:0 to 0,1 Hz Sampling freq.:0,2 Hz (5 s) Thermal stability:0,25 nT / ° Long term stability:5 nT / year Accuracy:±10 nT for 95% of reported data ±5 nT for definitive data Scalar magnetometer Resolution:0,1 nT Sampling freq.:0,033 hertz (30 sec) Accuracy:1 nT

21 L observation dans le temps à lobservatoire de Chambon la Forêt Document D. Gibert Le C.M.T actuel évolue continuellement dans le temps sur des constantes de temps très différentes (seconde, heure, jour, année,…)

22 Declination in Paris since 1540 degrees Parc Saint-Maur ( ) Val Joyeux ( ) Chambon-la-Forêt (1936 – today)

23 Les éléments du champ

24 Le champ magnétique terrestre Déclinaison Inclinaison Intensité

25 L origine du champ géomagnétique Le champ principal est dorigine interne. Il trouve sa source dans les mouvements de matière situés dans la partie liquide du noyau Le noyau est constitué de Fer à 80 % (+ S, Ni, O, Si) Il est structuré en 2 parties : une graine solide et une enveloppe liquide. La graine cristallise au dépend de la partie liquide. Cette cristallisation saccompagne de mouvements de matière. Les températures élevées dans le noyau (4000° ° C) peuvent maintenir le métal du noyau à létat fondu malgré les fortes pressions qui y règnent (environ 200 GPa). Plusieurs raisons :

26 Quelle est la nature des forces capables de générer et maintenir les mouvements de matière du noyau ? Les gradients thermiques qui génèrent des mouvements de convection. La rotation de la Terre. Elle a pour conséquence de structurer lécoulement, mais pas de lentretenir. Les gradients de concentration qui résultent de la cristallisation de la graine au dépend du noyau liquide. Document livre de C. larroque et J. Virieux

27 Lensemble de ces mouvements crée le C.M.T par combinaison dun effet dynamo et dun effet électroaimant L effet dynamo crée un courant électrique par induction au sein dun conducteur se déplaçant en présence d un champ magnétique produit par un aimant permanent. Un électroaimant génère un champ magnétique à partir dun courant circulant dans un conducteur. La combinaison des deux effets permet de produire et dentretenir un Champ Magnétique Terrestre (Larmor, 1919).

28 Sous leffet dun champ extérieur ces grains sorientent collectivement pour donner naissance à laimantation de la roche. Le magnétisme des roches Dans une roche les minéraux magnétiques se répartissent suivant une matrice de grains dits magnétiques.

29 La valeur de cette aimantation dépend fortement de la présence des minéraux magnétiques qui sont : Diamagnétiques : Le corps prend une aimantation en sens inverse du champ appliqué (c < 0). Cette aimantation est très faible. L'eau, l'air, la silice, la calcite,…. Elle disparaît lorsque le champ est interrompu (absence de rémanence). La prospection magnétique sadresse aux corps ferromagnétiques Paramagnétiques : Le corps acquiert une aimantation faible dans le sens du champ appliqué. Pas de rémanence (calcium, oxydes de Nickel). Ferromagnétiques : L'aimantation du corps est forte et se caractérise par un phénomène de rémanence. Ces corps ont donc la capacité d'enregistrer l'histoire magnétique.

30 Les propriétés magnétiques Le diamagnétisme (k<0) Le paramagnétisme (k>0) Le ferromagnétisme

31 Some Diamagnetic Minerals MineralSusc., SI*SI* quartz-6.3E-6 calcite-4.8E-6 halite-6.5E-6 galena-4.3E-6 sphalerite-3.3E-6

32 Some Paramagnetic Minerals MineralSusc., SI*SI* fayalite1.3E-3 pyroxene9.2E-4 amphiboles E-4 biotite E-4 garnet E-3

33 Il existe une température au-delà de laquelle les corps ferromagnétiques perdront toute leur aimantation. Température de Curie : T c M T° Température De Curie CorpsT° (°C) magnétite580° Hématite670° Goetite150° Température dans la Terre Supérieure à 1200° C. Et donc ?

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36 Full nameShort nameValid forDefinitive for IGRF 10 th generation (revised 2005)IGRF IGRF 9 th generation (revised 2003)IGRF IGRF 8 th generation (revised 1999)IGRF IGRF 7 th generation (revised 1995)IGRF IGRF 6 th generation (revised 1991)IGRF IGRF 5 th generation (revised 1987)IGRF IGRF 4 th generation (revised 1985)IGRF IGRF 3 rd generation (revised 1981)IGRF IGRF 2 nd generation (revised 1975)IGRF IGRF 1 st generation (revised 1969)IGRF

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38 Anomalie magnétique dun dike (P. Sailhac, 1999) gravi magnétisme

39 Solutions dEuler (P. Sailhac, 1999)


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