Troubled Times : préparation au changement de pôle

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Champ magnétique (en gauss) mesuré dans l'expérience
en fonction du temps (en secondes). L'écoulement
de sodium est entrainé par 2 turbines contra rotatives
tournant à des vitesses différentes
crédit : © Collaboration VKS
La Terre a subi au cours des âges géologiques plusieurs renversements erratiques de son champ magnétique. Celui du soleil se renverse quant à lui périodiquement selon son cycle d'activité de 22 ans. Ces dynamiques magnétiques, encore assez mystérieuses, jouent un rôle dans l'exposition de notre planète aux rayons cosmiques. La collaboration VKS(1) (CEA(2), CNRS(3),(4), Ecole normale supérieure de Lyon(3), Ecole normale supérieure-Paris(4)) a observé pour la première fois en laboratoire des renversements d'un champ magnétique dans un écoulement très turbulent de sodium liquide. Ces expériences devraient permettre de mieux comprendre la dynamique des champs magnétiques cosmiques. Ce résultat est publié dans Europhysics Letters, volume 77, de mars 2007.

Le champ magnétique de la Terre est créé par des mouvements très désordonnés qui agitent le noyau de fer liquide se trouvant en son centre : c'est l'effet « dynamo ». Une de ses caractéristiques les plus étonnantes, révélée par les études paléomagnétiques, est l'inversion aléatoire des pôles magnétiques. Ceux-ci restent proches des pôles géographiques et s'échangent entre nord et sud, environ tous les 100 000 ans, bien que des périodes plus longues sans renversement se soient produites. Les renversements durent quant à eux en moyenne quelques milliers d'années.

L'origine de ces renversements, leur échelle de temps, ainsi que la géométrie du champ magnétique pendant le phénomène demeurent l'objet de débats. L'enjeu peut se révéler important : durant un renversement, la magnétosphère qui protège la Terre des radiations solaires et cosmiques est sévèrement diminuée. La vie sur Terre, et en particulier celle de notre espèce, a déjà résisté à ce type de situation (le dernier renversement a eu lieu il y a 700 000 ans), mais nos moyens de communication modernes (satellites, réseaux,…) seraient profondément affectés.

Les chercheurs de la collaboration VKS avaient montré qu'il est possible de reproduire l'effet dynamo dans une expérience de laboratoire, à l'aide d'un écoulement turbulent de sodium liquide produit par la rotation en sens inverse de deux turbines dans un cylindre(5): pour des turbines tournant à la même vitesse, un champ magnétique stationnaire naît spontanément au-delà d'un certain seuil. Ils ont maintenant observé que lorsque les turbines tournent à des vitesses différentes, ajoutant ainsi une rotation d'ensemble semblable à celle des planètes et des étoiles, le champ dynamo peut varier au cours du temps. Certains régimes présentent de singulières similitudes avec le comportement du champ magnétique terrestre :
- Le champ passe d'un état de polarité à un état opposé avec des périodes de temps aléatoires et la durée des transitions d'un état à l'autre est très courte.
- Les périodes de temps pendant lesquelles le champ est stable ont une durée variable mais toujours plus longue que le temps nécessaire à un renversement
- On peut observer des excursions du champ, périodes durant lesquelles le champ décroit puis croit de nouveau sans changer de polarité.

Pour d'autres vitesses de rotation, le champ magnétique peut s'inverser de manière périodique, en tournant dans l'espace sans s'annuler, comme cela est observé dans le soleil.

Ces expériences mettent ainsi à la portée des études de laboratoire des phénomènes qui intriguent géophysiciens et astrophysiciens depuis des siècles.

Notes
(1) Von Karman (physicien qui donna son nom à l'écoulement réalisé) Sodium (fluide utilisé dans ces expériences)
(2) Service de physique de l'état condensé du CEA, équipe de François Daviaud
(3) Laboratoire de physique de l'Ecole normale supérieure de Lyon, (CNRS, ENS Lyon), équipe de Jean-François Pinton
(4) Laboratoire de physique statistique (ENS Paris, CNRS, Universités Paris VI, et Paris VII), équipe de Stephan Fauve
(5) L'expérience VKS est réalisée au CEA/Cadarache, au Département de technologie nucléaire de la Direction de l'énergie nucléaire. Ce résultat fait l'objet d'un article dans Physical Review Letter 98, 044502 (2007)

Actualités connexes
04/09/2005

StarlionFr a écrit:Ce serait donc une inversion naturelle au sens planétaire qui a déjà eu lieu auparavant et qui aura lieu dans le futur. Cette inversion est précédée par une baisse de la magnétosphère, cette même magnétosphère qui nous protège des rayonnements du soleil, hors le prochain pic d'éruptions solaires est prévu pour 2011 (cycle d'éruption de 11 ans en moyenne). Mais rien ne s'est passé jusqu'à présent et le soleil a pris du retard.

Rammstein a écrit:A noter que des anomalies magnétiques et surtout un énorme trou sont apparus dans la magnétosphère au niveau de l'Atlantique Sud (lien 1, lien 2, et d'autres articles que j'ai la flemme de citer). Ces phénomènes sont observés depuis 2007.

Certains lient même les morts récentes d'animaux à la présence de ce "trou"...

The Earth’s magnetic field, generated deep within the planet, is a shield against particle radiation from space. In the South Atlantic this shield is much weaker than elsewhere across the globe and radiation from space therefore penetrates deeper into the atmosphere. This region is known as the South Atlantic Anomaly (SAA) and the radiation in the SAA is a known hazard to satellites, spacecraft and high-altitude aircraft

The South Atlantic Anomaly (SAA) is known to be growing in extent and spreading westwards from South Africa, as the Earth’s internal magnetic field rapidly weakens in this region. This may be early evidence of a forthcoming reversal in the direction of the Earth’s internal magnetic field. We do not know in detail precisely what occurs during such reversals, including the changes observed in the magnetic field and the time a reversal takes to complete. However these factors are important in knowing where the radiation risk may be increased and how the atmosphere might respond

Earth’s magnetic field has had many highs, lows and reversals in its past. The last reversal was around 800,000 years ago. So the Earth is known to be able to re-generate its field and has done so during human pre-history. Understanding the development of the SAA may therefore be significant in understanding the reversal process and its impact on life and the natural environment.

"What is so surprising is that rapid, almost sudden, changes take place in the Earth's magnetic field," said study co-author Nils Olsen, a geophysicist at the Danish National Space Center in Copenhagen.

The findings suggest similarly quick changes are simultaneously occurring in the liquid metal, 1,900 miles (3,000 kilometers) below the surface, he said. The swirling flow of molten iron and nickel around Earth's solid center triggers an electrical current, which generates the planet's magnetic field.

The changes "may suggest the possibility of an upcoming reversal of the geomagnetic field," said study co-author Mioara Mandea, a scientist at the German Research Centre for Geosciences in Potsdam.