Dynamique du noyau terrestre, geodynamo et dynamos planétaires

Julien Aubert (chercheur)

J'ai des sujets de Master M2 et de thèse à proposer... Ne pas hésiter à me contacter, ou bien consulter le lien ci-dessous pour plus de précisions!

Stages de recherche à l'IPGP

Vue écorchée de l'intérieur de la Terre (cliquer pour agrandir). Droits de reproduction: me contacter.

Le noyau de la Terre est la couche la plus profonde de notre planète. Il est principalement constitué de Fer à l'état liquide (noyau externe) et il est solide en son centre (graine). Sa formation par différentiation est un des évènements significatifs de l'histoire de la Terre primitive.

Le noyau externe est en convection thermochimique. Il faut en effet évacuer la chaleur accumulée lors de l'accrétion de la planète, et la chaleur latente libérée lors de la cristallisation de la graine solide au coeur du noyau liquide.

Les mouvements de fluide conducteur (structures tourbillonnaires en bleu) étirent les lignes du champ magnétique, leur donnant de l'énergie (cliquer pour agrandir). Droits de reproduction: me contacter.

La convection dans le noyau est à l'origine de la génération du champ magnétique de la Terre par effet dynamo. Les mouvements de fluide conducteur amplifient le champ magnétique pré-existant, combattant ainsi sa dissipation ohmique.

La persistance de la dynamo terrestre sur les derniers 3.5 milliards d'années apporte des contraintes sur le scénario d'évolution thermique de la planète.

L'un des caractères les plus étonnants de la dynamo terrestre est sa capacité à renverser l'axe de son dipôle magnétique. De telles inversions se produisent irrégulièrement, quelques fois chaque million d'années.

L'animation ci-dessus (plug-in quicktime requis) est une visualisation de l'état magnétique du noyau liquide durant une inversion de polarité magnétique. Une technique de visualisation inédite a été développée pour ce travail: DMFI, pour Dynamical Magnetic Fieldline Imaging, ou imagerie dynamique des lignes du champ magnétique. Droits de reproduction: me contacter.

Page officielle de DMFI

Composante radiale du champ magnétique de la Terre à la surface du noyau (nanoteslas) en 1990, selon le modèle gufm1 (Jackson et al.)

Composante radiale du champ magnétique à la surface de Neptune (nanoteslas)

Le signal magnétique en provenance du noyau de la Terre, et aussi des planètes du système solaire qui possèdent une dynamo (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune, Mercure) est une source d'informations capitales concernant la structure, la dynamique interne, et l'histoire thermique de ces planètes. Couvrant une gamme d'échelle de temps très large, ce signal n'est pas encore compris, et son contenu n'a pas encore été complètement exploité.

Nous modélisons numériquement la convection et la dynamo dans les noyaux planétaires, afin de comprendre les mécanismes de la génération du champ magnétique, et d'extraire l'information du signal magnétique. Plus particulièrement, les questions qui nous intéressent sont les suivantes :

• Quel est le comportement d'échelle, et le diagramme de phase du systèmes dynamo dans l'espace des paramètres?

• Quel est le mécanisme des inversions de polarité magnétique?

• Quelle est l'influence du manteau sur le noyau et sa dynamo?

• Si le champ magnétique est vieux de 3.5 milliards d'années, et que la partie solide du noyau (la graine) est plus jeune, comment fonctionnait une dynamo sans graine?

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