Écoulements à la surface du noyau, secousses géomagnétiques et prédictions à court terme du champ magnétique terrestre.

Devant le jury composé de :

Philippe CARDIN ......... Rapporteur
Nils OLSEN .............. Rapporteur
Vincent COURTLLOT ...... Examinateur
Alexandra PAIS .......... Examinateur
Gauthier HULOT .......... Directeur de thèse


Résumé:
Dans ce mémoire nous présentons une série d'études dont le double objectif est
de mieux comprendre les phénomènes qui gouvernent l'évolution du champ
magnétique principal de la Terre, et d'améliorer notre capacité actuelle à en
prédire l'évolution à court terme. Pour cela, nous réalisons d'abord quelques
inversions de la Variation Séculaire (VS) pour plusieurs époques et calculons
une première estimation de l'accélération de l'écoulement à partir
d'écoulements successifs. Ces calculs suggèrent que les écoulements qui
génèrent la VS ne sont pas stationnaires. Nous montrons ensuite comment
calculer simultanément ces écoulements et leur accélération pour une époque
donnée, si le champ ainsi que sa première et seconde dérivées temporelles (la
VS et l'accélération séculaire (AS)) sont connues. Ceci nous permet de montrer
sans ambiguïté qu'un écoulement stationnaire ne peut pas rendre compte de la
SA observée. Nous considérons ensuite la possibilité d'améliorer la prévision
à court terme du champ, actuellement basée sur une extrapolation linéaire,
dans le cadre du modèle ``International Geomagnetic Reference Field'' (IGRF),
en utilisant une méthode basée sur un écoulement uniformément accélérée. Nous
considérons aussi la possibilité d'augmenter la résolution spatiale de la VS
prédictive actuellement utilisée par l'IGRF. De ces études, nous concluons que
le principal obstacle à la prédiction à court terme du champ vient des
changements brusques de la SA (jerks). Nous étudions la nature des changements
d'accélération rendant compte du `jerk' de 2003. Nous montrons que ce
changement n'est hélas pas compatible avec un mécanisme simple tel que les
oscillations de torsion.


Abstract:
This thesis reports on a series of investigations directed towards the dual
goal of improving our understanding of what drives the time evolution of the
Earth's main magnetic field, and of improving our current ability to predict
its short-term behavior. For that we first perform core flow inversions for
several epochs and compute first estimates of the flow acceleration by computing
differences between successive flows. These first results suggest that the flow
generating the Secular Variation (SV) is not stationary. Next, we show how
both the core flow and core flow acceleration can be computed simultaneously at
any given epoch, if the field and its first and second time derivatives (the SV
and the Secular Acceleration (SA)) are known. This allows us to unambiguously
show that no stationary flow can account for the observed SA. Based on those
results, we consider the possibility of improving on the short-term prediction
of the field based on a linear extrapolation currently used by the
International Geomagnetic Reference Field (IGRF) by using a method based on a
steadily accelerated flow. Then we independently consider the possibility of
increasing the spatial resolution of the predictive SV model currently used by
IGRF. From all of the above, we conclude that the main limitation to short-
term predictions of the field is the occurrence of sudden changes in the SA
(geomagnetic jerks). We thus investigate the type of core flow acceleration
changes that are needed to account for those jerks and focus on the 2003
geomagnetic event. We show that this change is unfortunately not compatible
with a simple mechanism such as torsional oscillations.