Les secousses géomagnétiques enfin reproduites et expliquées
Publié par Redbran le 26/04/2019 à 14:00
Source: CNRS

Le champ magnétique de la Terre connaît des anomalies imprévisibles, rapides et intenses appelées secousses géomagnétiques. Les mécanismes à l'origine de ce phénomène restaient mystérieux jusqu'aux récents travaux d'un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent...) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance...) du globe de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine,...) (CNRS/IPGP/IGN/Université de Paris). Avec un collègue au Danemark, et grâce aux supercalculateurs du Grand équipement national de calcul intensif (GENCI), ils sont parvenus à modéliser informatiquement et expliquer l'apparition de ces secousses géomagnétiques. Leurs travaux sont publiés dans Nature Geoscience le 22 avril 2019.

Initialement décrites en 1978, les secousses géomagnétiques sont des événements imprévisibles, qui accélèrent brutalement l'évolution du champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe – composé essentiellement de fer et de nickel en fusion...) et faussent les prédictions de celui-ci à l'échelle de quelques années. Or, notre champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et...) entre en jeu dans de nombreuses activités humaines, de la détermination du cap dans les téléphones mobiles au vol des satellites (Satellite peut faire référence à :) à basse altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de...). Il est donc fondamental de pouvoir prédire son évolution avec précision. Seulement, les secousses géomagnétiques posent problème aux géophysiciens depuis plus de quarante ans.

Le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive...) est produit par la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) à l'intérieur de son noyau métallique à partir de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) libérée lors du refroidissement de ce noyau. Les chercheurs connaissent deux types de mouvement donnant naissance à deux types de variations du champ magnétique: celles issues du mouvement lent de convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi durant la cuisson des pâtes, l'eau se met en mouvement...), que l'on peut relever à l'échelle d'un siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la...), et celles issues des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie...) hydromagnétiques "rapides", détectables à l'échelle de quelques années. On soupçonnait que ces dernières pouvaient jouer un rôle dans les secousses mais l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en...) de ces ondes avec la convection lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) ainsi que leur mécanisme de propagation et d'amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.) restaient à élucider.

Aussi, pour résoudre ce mystère, Julien Aubert de l'Institut de physique du globe de Paris (CNRS/IPGP/IGN/Université de Paris) a développé avec un collègue de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) technique du Danemark (DTU) une simulation informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de...) s'approchant au plus près des conditions physiques de notre noyau. Nécessitant l'équivalent de 4 millions d'heures (L'heure est une unité de mesure  :) de calcul, cette simulation a pu être réalisée grâce aux supercalculateurs du GENCI.

Les chercheurs ont ainsi pu reproduire la succession d'évènements qui mène aux secousses géomagnétiques. Dans la simulation, celles-ci naissent à partir d'ondes hydromagnétiques émises en profondeur. Alors que ces ondes approchent de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) du noyau, elles sont focalisées et amplifiées pour donner lieu à des perturbations magnétiques en tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) point (Graphie) comparables aux secousses observées.

La reproduction numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et...) et la compréhension de ces secousses ouvrent la voie vers une meilleure prédiction du champ magnétique terrestre. Par ailleurs, préciser les origines des variations du champ magnétique pourra également servir aux géophysiciens pour étudier les propriétés physiques du noyau de la Terre et de son manteau profond.

Ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) a été financé par la Fondation Simone et Cino Del Duca de l'Institut de France (L'Institut de France est à la fois une institution académique française créée le 25 octobre 1795, et le nom du...), qui au travers d'une de ses subventions scientifiques soutient la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en général la recherche fondamentale à la recherche appliquée. Cette distinction est...) en sciences de la Terre.


Visualisation de l'intérieur du noyau terrestre, tel que modélisé dans la simulation numérique (vue du plan équatorial et d'une surface sphérique près de la graine solide, depuis le pôle Nord). Les lignes de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les...) du champ magnétique (en orange) sont étirées par la convection turbulente (en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446...) et rouge). Les ondes hydromagnétiques sont émises depuis l'intérieur du noyau et se propagent le long des lignes de force du champ, jusqu'à la surface du noyau où elles se focalisent pour créer des secousses géomagnétiques. © Aubert et al./IPGP/CNRS Photothèque

Bibliographie:
Geomagnetic jerks and rapid hydromagnetic waves focusing at Earth's core surface. Julien Aubert et Christopher C. Finlay. Nature Geoscience, le 22 avril 2019. DOI: 10.1038/s41561-019-0355-1.

Contact chercheur:
- Julien Aubert - Chercheur CNRS
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