Variabilité et prédictibilité de la dynamo terrestre

Dominique Jault (ISTerre, Grenoble), rapporteur Catherine Johnson (UBC, Vancouver), rapporteur Vincent Courtillot (IPGP), examinateur Stuart Gilder (LMU, Munich), examinateur Julien Aubert (IPGP), co-directeur Gauthier Hulot (IPGP), directeur Grâce aux mouvements de convection dans le noyau fluide de la Terre, la géodynamo est responsable de la génération du champ magnétique terrestre principal qui nous protège notamment du vent solaire. Nous nous attachons dans cette thèse à mieux décrire certains aspects de la dynamique temporelle de cette géodynamo. Dans une approche comparative entre observations et modèles numériques, nous nous intéressons tout d'abord aux temps de corrélation qui caractérisent la variation séculaire du champ géomagnétique à différentes échelles spatiales. En relation avec les premiers schémas d'assimilation des données géomagnétiques, nous abordons ensuite la question de la portée de prédictibilité de la géodynamo, à savoir combien de temps à l'avance il serait possible de prédire le champ magnétique terrestre (par analogie avec la limite de l'ordre d'une semaine en météorologie). Concernant la variabilité à long terme du champ géomagnétique, nous discutons finalement de la possibilité d'utiliser des longues simulations de la géodynamo dans une perspective de comparaison avec des données paléomagnétiques, et nous penchons plus précisément sur la question de la remise à l'échelle de l'axe du temps. Durch Konvektionsströmen im flüssigen Erdkern erzeugt der Geodynamo das geomagnetische Hauptfeld, welches uns vor dem Sonnenwind schützt. In dieser Dissertation sollen einige Aspekte der zeitlichen Dynamik dieses Geodynamos näher untersucht werden. Zuerst werden durch den Vergleich zwischen Beobachtungen und numerischen Modellen die Korrelationszeiten überprüft, welche die Säkularvariation des Erdmagnetfeldes auf verschiedenen Längenskalen charakterisieren. Dann wird in Verbindung mit Assimilationsalgorithmen für geomagnetische Daten die Vorhersagbarkeit des Geodynamos ermittelt: Wie lange im Voraus kann man Aussagen über das Erdmagnetfeld treffen, analog zu der ca. 7-Tages Grenze in der Wettervorhersage? Mit Blick auf die langfristige Variabilität des Erdmagnetfeldes wird schlussendlich die Möglichkeit diskutiert, Simulationen auf großen Zeitskalen mit paläomagnetischen Daten zu vergleichen, wobei besonders die Reskalierung der Zeitachse eine Rolle spielen wird. Thanks to convective motion in the liquid core of the Earth, the geodynamo is responsible for the generation of the main geomagnetic field which protects us, in particular, against the solar wind. In this thesis we endeavour to better understand some aspects of the temporal dynamics of the Earth's dynamo. In a comparative approach between observations and numerical models, we are first of all interested in examining the correlation times which characterize the secular variation of the geomagnetic field on various length scales. In connection with the first schemes for assimilation of geomagnetic data, we then tackle the issue of the range of predictability of the geodynamo, to wit how much time in advance it would be possible to predict the Earth's magnetic field (by analogy with the limit of one week in meteorology). As regards the long-term variability of the geomagnetic field, we finally discuss the possibility of using long simulations of the geodynamo in a perspective of comparison with palaeomagnetic data, and we more precisely confine our attention to the rescaling of the time axis.