Champ paléomagnétique de la Terre | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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Paléomagnétisme

  Champ paléomagnétique de la Terre

Une grande part de notre activité consiste à décrypter le signal paléomagnétique porté par les roches volcaniques et sédimentaires, ainsi que par certains matériaux archéologiques, afin de retracer les variations temporelles du champ géomagnétique au cours des temps géologiques. Ces variations se produisent à des échelles de temps très variables, allant de quelques dizaines d’années à plusieurs centaines de millions d’années. Le paléomagnétisme est ici une discipline intimement liée au géomagnétisme, essentielle pour caractériser et mieux comprendre les processus de dynamo à l’origine du champ géomagnétique.

 

+ Variation séculaire du champ géomagnétique.

La variation séculaire du champ géomagnétique correspond à l’évolution temporelle de sa géométrie et de son intensité à des échelles de temps relativement courtes, généralement inférieures à 104 ans. Pour cette thématique, nous utilisons différentes approches que sont l’archéomagnétisme, la magnétostratigraphie et l’enregistrement de profils d’anomalies magnétiques océaniques.

Site archéologique de Qatna (Syrie)

L’archéomagnétisme est une discipline qui permet de retracer les variations du champ géomagnétique au travers des derniers millénaires à partir de l’étude des propriétés magnétiques des vestiges archéologiques ayant subi une cuisson au moment de leur cuisson ou de leur utilisation. Les applications de nos études sont tournées à la fois vers le géomagnétisme et vers l’archéologie car nous cherchons à développer les possibilités de datation qu’offre l’archéomagnétisme. Nos travaux récents, notamment en France, au Moyen-Orient et en Amérique du Sud visent à retracer le détail des variations de l’intensité du champ géomagnétique, avec un intérêt particulier pour les pics d’intensité qui apparaissent synchrones, au moins en Europe de l’ouest, de changements brusques de la direction de dérive du champ magnétique. Ces événements définissent ce que nous avons appelé les « jerks archéomagnétiques » qui pourraient correspondre à des périodes de forte asymétrie hémisphérique du champ géomagnétique dues à la croissance et/ou au rassemblement sporadique de zones de concentration de flux à la limite noyau/manteau. En collaboration avec l’équipe de Géomagnétisme de l’IPGP, nous venons par ailleurs de finaliser un nouveau modèle du champ géomagnétique couvrant les trois derniers millénaires, en exploitant au mieux la base des données archéomagnétiques.

 

La magnétostratigraphie de séries sédimentaires et/ou volcaniques et l’analyse de profils d’anomalies magnétiques océaniques nous permettent également de retracer les variations temporelles du champ géomagnétiques bien au delà de l’Holocène. Dans le cadre d’une collaboration avec l’équipe de Géosciences Marines, nous avons, par exemple, pu caractériser l’évolution à long terme du régime de variation séculaire du champ géomagnétique au travers de l’ensemble du superchron du Crétacé. Nos études sont en outre accompagnées de développements méthodologiques, tant pour extraire une information plus fiable sur l’intensité du champ géomagnétique à partir des roches volcaniques que pour retracer toujours plus finement les variations directionnelles et de l’intensité du champ géomagnétique dans les enregistrements sédimentaires.

 

+ Inversions et excursions géomagnétiques.

Formation de Linok (Sibérie), Précambrien.

Les données magnétostratigraphiques offrent aussi la possibilité d’étudier le comportement à plus long terme du champ géomagnétique. Nous cherchons en particulier à déterminer l’évolution de la fréquence des inversions géomagnétiques durant le Phanérozoïque et le Protérozoïque pour comprendre l’origine de ces variations. Ces dernières années, nous avons porté nos efforts surtout sur le Précambrien car les données paléomagnétiques y sont encore très peu nombreuses. Nos investigations magnétostratigraphiques effectuées sur plusieurs coupes sédimentaires en Sibérie et en Oural datées vers 1050 Ma et 850 Ma ont ainsi permis d’établir une séquence exceptionnelle d’une centaine d’inversions géomagnétiques, avec également l’observation d’un nouveau superchron vers 1 Ga. Précisons aussi que notre équipe a mis en évidence une inversion géomagnétique vers 2.7 Ga, à partir de l’étude paléomagnétique d’une carotte de forage au travers de la Formation de Pilbara en Australie, qui est la plus ancienne inversion géomagnétique détectée à ce jour. Nos études portent également sur les paléointensités durant le Précambrien qui apparaît caractérisé par un niveau d’intensité géomagnétique plus faible que durant le Phanéorozoïque.

 

Le comportement du champ géomagnétique durant les inversions et les excursions constitue une autre thématique majeure de notre équipe. A partir de l’étude paléomagnétique de séries de coulées volcaniques superposées comme par exemple à Hawaii, nous avons obtenu des enregistrements très détaillés du champ géomagnétique, en direction et en intensité, au travers des derniers millions d’années, avec l’observation des inversions les plus récentes, ou encore au Karoo, où nous avons pu étudier une inversion datée vers 180 Ma. Nous avons montré en particulier que les inversions se produisaient très rapidement, en un millénaire environ, mais qu’elles étaient accompagnées juste avant et juste après par de larges variations directionnelles définissant des phénomènes de précurseurs et de rebonds. Pour compléter ces mesures, nous avons également réalisé des simulations à la fois des excursions et des inversions géomagnétiques en utilisant des modèles de champ dont la composante non-dipolaire est comparable et varie suivant des constantes de temps similaires à celles du champ magnétique actuel. Nos résultats soulignent que les excursions et les inversions géomagnétiques obéissent aux mêmes processus et que les excursions seraient des inversions « ratées ». Nos simulations nous ont aussi permis de montrer qu’il n’y avait pas de relation entre la configuration du champ géomagnétique à la limite noyau-manteau et les trajectoires des pôles paléomagnétiques observés à la surface de la Terre durant les inversions géomagnétiques. Associer ainsi les anomalies thermiques et les contrastes de densité du manteau inférieur aux trajectoires des pôles paléomagnétiques ne paraît pas justifié. Nous avons enfin confronté nos résultats paléomagnétiques obtenus au voisinage des inversions géomagnétiques au comportement du champ magnétique produit par l’expérience de dynamo VKS (pour « von Karman Sodium”). Ce dernier présente des phases asymétriques de décroissance et de croissance du champ dipolaire de part et d’autres des inversions, une évolution en « dents de scie » très similaire aux observations que nous avions faites précédemment à partir de l’étude de carottes sédimentaires marines.

+ Champ géomagnétique et habitabilité de la Terre.

Le champ magnétique d’origine interne protège la Terre des rayonnements solaires et intergalactiques; il constitue de ce fait un paramètre essentiel de son habitabilité. Au cours des dernières années, nous avons exploré les liens possibles entre le champ géomagnétique, le climat et l’histoire humaine.

 

Nous avons montré qu’il existait une très bonne concordance temporelle entre les jerks archéomagnétiques et des périodes pluri-décennales de refroidissement climatique détectées en Europe de l’ouest au cours des cinq derniers millénaires. Une relation de causalité pourrait ainsi exister entre les deux phénomènes, peut être à partir d’une influence indirecte du champ géomagnétique sur la nébulosité. Cette hypothèse, qui reste à confirmer, permet d'envisager un impact de la variation séculaire du champ géomagnétique sur l’histoire de certaines civilisations anciennes via le climat et les changements environnementaux induits.

 

Pour les périodes plus anciennes, nous avons proposé que le champ géomagnétique de faible intensité associé à l’excursion de Laschamp (vers 40000 ans) a pu provoquer, ou du moins participer à la disparition de l’Homme de Néanderthal. A cause de l’affaiblissement du champ magnétique, les radiations UV-B auraient augmenté, entraînant des problèmes accrus de santé tels le mélanome, des troubles de la vision ou encore des déficiences du système immunitaires, en particulier chez les enfants. La population plus nombreuse d’Homo Sapiens et son habitat surtout situé à plus basses latitudes que celui des Néanderthaliens auraient été des facteurs favorisant comparativement sa survie et l’émergence de l’homme moderne.