Variations centennales de l’intensité du champ magnétique terrestre : de l’archéomagnétisme aux processus du noyau

Thèse de Marie Troyano

Les mesures directes du champ géomagnétique ne couvrant que la période historique (1590 à aujourd’hui), la reconstruction de son évolution au-delà de cette période repose sur des données indirectes, fournies par le paléo- et l’archéomagnétisme, ce dernier permettant d’acquérir des données particulièrement bien datées. Cette thèse a pour but d’analyser les variations d’archéointensité du champ sur des échelles multi-décennales à centennales, à travers deux aspects différents mais complémentaires. Une première étude porte sur l’acquisition de données d’archéointensité en Asie centrale et leur interprétation en terme de variations d’intensité à une échelle régionale et globale. L’absence de données directes d’intensité avant ~1840 nécessite une contrainte additionnelle pour construire des modèles globaux du champ magnétique à partir de données directes. Deux options sont proposées, la première extrapolant linéairement dans le passé les variations du dipôle axial observées en 1840, comme pour le modèle gufm1, la seconde s’appuyant sur un jeu global de données d’archéointensité. Dans cette étude, une approche régionale est proposée, basée sur de nouvelles données d’archéointensité obtenues à Boukhara. Cette ville est remarquable par la préservation de son centre historique, dont les bâtiments sont précisément datés par des archives documentaires. Les fragments de briques d’argiles cuites des bâtiments échantillonnés ont été analysés par le protocole expérimental du Triaxe. Les variations d’intensité obtenues montrent une décroissance rapide de 1600 à ~1750 suivie d’une croissance modérée jusqu’au début du 19e siècle. Cette évolution est en accord avec d’autres données Triaxe acquises en Europe de l’Ouest et en Russie du Nord-Ouest. Toutes les données Triaxe sont donc utilisées pour recalibrer l’évolution du dipôle axial du modèle gufm1. La nouvelle évolution montre un minimum d’amplitude durant la seconde moitié du 18e siècle. Si les résultats présentés dans cette étude doivent être confirmés par de nouvelles données d’archéointensité, ils montrent néanmoins que ces dernières permettent de contraindre les variations multi-décennales à centennales du champ géomagnétique, à une échelle régionale et globale. La seconde étude analyse les variations d’intensité archéomagnétique d’un point de vue théorique. Récemment, des pics extrêmes d’archéointensité, nommés spikes géomagnétiques, ont été proposés au Proche-Orient pendant le dernier millénaire av. NE. Ils sont caractérisés par une durée de quelques décennies et des taux de variations de plusieurs μT/an, le maximum actuel étant d’environ 0.1 μT/an. L’expulsion de flux magnétique à la surface du noyau a été proposée comme une origine possible. Cette étude propose l’analyse d’un modèle cinématique 2D d’expulsion de flux, contrôlée par un seul paramètre : le nom-bre de Reynolds magnétique Rm, rapport du temps magnétique de diffusion sur le temps d’advection. Ce modèle permet de suivre l’évolution les lignes de champ magnétique, initialement horizontales, alors qu’elles sont advectées par deux tourbillons de rotations opposées. Lorsque les lignes de champs sont déformées et pliées par l’écoulement, le flux magnétique est expulsé vers les bords du domaine. Si ce bord sépare le fluide d’un milieu isolant, le flux magnétique peut diffuser au travers. Pour étudier l’expulsion de flux au travers du bord isolant, la composante verticale du champ magnétique sur ce bord est suivie pendant l’évolution du système. Son temps caractéristique de croissance évolue comme Rm 0,15 et le taux de variation instantanée maximum comme Rm 0,45 Ces lois d’échelles sont ensuite extrapolées à la surface de la Terre. Les résultats montrent que l’expulsion de flux ne peut pas générer des événements aussi extrêmes que les spikes. Cependant des événements présentant des durées supérieures au siècle et associés à des taux de variations nettement inférieurs pourraient être compatibles avec le processus d’expulsion de flux.