Vendredi 27 décembre 2019 à 16:26

Astronomie, univers

'   Nous avons vu il y a une semaine, quelques données techniques préalables à des explications sur le champ magnétique terrestre. Nous avons vu en particulier ce qu’était l’effet dynamo.
    Dans un article du 20 mai 2015, j’avais expliqué la structure de la Terre et j’avais dit qu’elle avait en son centre un noyau interne solide essentiellement métallique (alliage de fer et de nickel principalement, en proportions environ 80 %-20 %) et constitué par cristallisation progressive du noyau externe. La pression de 3,5 millions de bars, le maintient dans un état solide malgré une température supérieure à 6000 °C et une densité d’environ 13.
    Le noyau externe est liquide. Il est essentiellement composé de fer à 80-85 %, d'environ 10-12 % d'un élément léger non encore déterminé parmi le soufre, l'oxygène et le silicium, et enfin de l'ordre de 5 % de nickel. Sa viscosité est estimée à de 1 à 100 fois celle de l’eau, sa température moyenne atteint 4000 °C et sa densité 10.
    Ce métal en fusion est animé de mouvements de convection, essentiellement de nature thermique , qui interagissent avec les mouvements de la planète, (rotation quotidienne principalement, à plus longue échelle de temps, précession du globe terrestre). Le fer liquide profond est plus chaud et moins dense que celui plus près du manteau terrestre, et la poussée d’Archimède entraîne le fer liquide chaud vers le haut et celui moins chaud vers le bas.
    De plus au contact du noyau solide, le fer cristallise, ce qui entraine une modification de la composition du noyau liquide et des éléments légers, plus nombreux remontent en augmentant les phénomènes de convection.
    La rotation de la Terre joue un rôle et notamment la pseudo-force de Coriolis (voir mes explications du 15 août 2019 sur cette force), qui s’oppose à toute variation de vitesse selon l’axe de rotation de la planète, et organise le fluide en colonnes tourbillonnantes parallèles à cet axe. (voir le schéma ci-dessous). Ces colonnes auraient un diamètre d’une trentaine de km (le noyau ayant un diamètre de plusieurs milliers de km).
http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/Numeriser2.jpg
    On a donc un système qui peut comporter un effet dynamo et où les mouvements du liquide conducteur sont suffisants pour empêcher une décroissance des courants électriques, mais on ne sait pas quel a été l’élément initial de deéclenchement de l’instabilité.
    Les physiciens et les mathématiciens ont réussi à modéliser ces phénomènes, grâce à un système de 3 équations, la première décrivant le mouvement du liquide, la seconde décrit la formation du champ magnétique et les effets de l’induction et la troisème régit les transferts thermiques;
    En fait on ne sait pas résoudre ces équations par simulation numérique (c’est à dire par approximations successives), car les dimensions des divers paramètres sont extrêmement différentes, et ce malgré des simplifications afin de faciliter la résolution.
    Par contre Emmanuel Dormy,et ses collègues de l'Ecole Normale Supérieure de Paris ont réussi à modéliser les inversions du champ magnétique terrestre : une lent décroissance, suivi d’une période cahotique, puis d’une brusque inversion de la polarité et un rétablissement rapide de l’intensité du champ. (mais sur des millions et milliers d’années).
    A notre échelle de temps, le pôle nord magnétique (celui ou l’aiguille de la boussole est orientée vers le centre de la terre) varie de 55km par an, et se déplace autour du pôle géographique (l’axe de rotation de la Terre. (Voir figure ci dessous).
Le pôle sud magnétique est plus calme et ne se déplace que de 10 km par an.
http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/Numeriser4.jpg
    Il n’y a pas de crainte à avoir quant à une inversion de polarité du champ magnétique terrestre avant des centaines de milliers d’années, la période d’inversion où le champ est variable et faible, induisant des modifications très importantes du fonctionnement de tous les appareils électromagnétiques..
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