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Des chercheurs de l'Institut des sciences de la terre et de l’Institut de physique du globe de Paris viennent de réaliser les simulations numériques les plus détaillées à ce jour des mouvements du noyau terrestre et du champ magnétique résultant. Comprendre la physique du champ magnétique de la planète permet de mieux connaitre la structure et la dynamique interne de la Terre ainsi que les phénomènes qui se produisent dans la haute atmosphère et dans l’espace comme les tornades polaires ou l’inversion des pôles.
Bouclier qui nous protège du vent solaire, le champ magnétique terrestre est utilisé comme repère d’orientation par les avions, les vaisseaux spatiaux et aussi pour guider les forages profonds. Pour comprendre son fonctionnement et étudier ses mouvements, il faut descendre à 3000 km, dans le noyau externe de la terre où le champ magnétique est généré.

Comme de nombreuses planètes et la plupart des étoiles, la Terre produit son champ magnétique, essentiellement par effet dynamo, c’est-à-dire grâce aux mouvements d'un fluide conducteur d'électricité – en l’occurrence, un mélange de fer et de nickel fondus. Le brassage du métal liquide génère d’abord un courant électrique, et ensuite, un champ magnétique. C’est cet océan de métal liquide qui constitue le noyau externe terrestre.

Aujourd’hui, les observations nous renseignent uniquement sur les phénomènes se produisant à la surface du noyau, et les expériences en laboratoire sont difficiles à mettre en œuvre. Reste la modélisation numérique.

Des chercheurs de l'Institut des sciences de la terreSTerre (ISTerre - CNRS / Université Savoie Mont Blanc / IRD / Ifsttar / Université Grenoble Alpes) et de l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP - CNRS / Université Paris Diderot) viennent de réaliser des simulations numériques extrêmement détaillées. Ces modélisations en haute définition reproduisent un grand nombre de phénomènes observés (par exemple des tornades polaires, à la surface du noyau), tout en les associant à la dynamique profonde du noyau.

Modèles numérique du champ magnétique
A gauche : vitesse des déplacements de métal liquide dans et à la surface du noyau (en bleu : vers l’ouest ; en rouge : vers l’est). La grande zone bleue à la surface du noyau externe représente une tornade géante de métal liquide (1200 km de rayon), située à un pôle, qui agite le noyau et est associée à un fort champ magnétique.
A droite : le champ magnétique radial à la surface (en violet : positif ; en vert : négatif) et son intensité à l’intérieur du noyau (noir : nul ; jaune : maximal).
Crédit : Nathanaël Schaeffer

Ces modélisations ont été rendues possibles grâce à un important travail d'optimisation du code informatique, et à la répartition du calcul sur 16 000 processeurs des supercalculateurs du Grand équipement national de calcul intensif (GENCI).

La prochaine étape : étendre ce genre de simulations à l’échelle des temps géologiques, afin de mieux comprendre l’inversion des pôles magnétiques, dont la dernière remonte à 780 000 ans.

La version originale de cet article a été publiée sur le site CNRS-INSU.



Publié le 3 juillet 2017
Mis à jour le 4 juillet 2017

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