Gary A. Glatzmaier de l’Institut de géophysique &planétaire du Laboratoire national de Los Alamos a effectué des travaux approfondis dans ce domaine. Il répond :
« On pense que le champ magnétique terrestre est généré par des mouvements fluides dans la partie externe liquide du noyau terrestre, qui est principalement composée de fer. Les mouvements fluides sont entraînés par les forces de flottabilité qui se développent à la base du noyau externe lorsque la Terre se refroidit lentement et que le fer se condense sur le noyau solide interne situé en dessous. La rotation de la Terre fait s’élever le fluide flottant dans des trajectoires courbes, qui génèrent un nouveau champ magnétique en tordant et en cisaillant le champ magnétique existant. Plus de 99 % de l’énergie magnétique de la Terre reste entièrement confinée dans le noyau. Nous n’observons que la petite partie du champ magnétique qui s’étend jusqu’à la surface et au-delà, où sa structure de base est un dipôle, c’est-à-dire un simple champ nord-sud comme celui d’un simple aimant barmanique. Il existe également de plus petites structures non dipolaires dans le champ terrestre ; celles-ci changent localement et très légèrement à l’échelle d’un siècle.
« La partie dipôle du champ est généralement alignée assez étroitement avec l’axe de rotation de laTerre ; en d’autres termes, les pôles magnétiques sont généralement assez proches des pôles géographiques, ce qui explique pourquoi une boussole fonctionne. Cependant, il arrive que la partie dipôle du champ s’inverse, entraînant un changement de l’emplacement des pôles magnétiques nord et sud. Ce processus d’inversion peut être observé dans les archives paléomagnétiques, dans les roches du plancher océanique et dans certaines coulées de lave. Le processus d’inversion n’est pas littéralement « périodique » comme c’est le cas sur le soleil, dont le champ magnétique s’inverse tous les 11 ans. Le temps entre les inversions magnétiques sur la Terre est parfois aussi court que 10 000 ans et parfois aussi long que 25 millions d’années ; le temps qu’il faut pour s’inverser n’est que d’environ 5 000 ans.
« La première simulation informatique tridimensionnelle dynamiquement cohérente de la géodynamo (le mécanisme dans le noyau externe fluide de la Terre qui génère et maintient le champ géomagnétique) a été réalisée et publiée par Paul H.Roberts de l’Université de Californie à Los Angeles et moi-même en 1995. Nous avons programmé des superordinateurs pour résoudre le vaste ensemble d’équations non linéaires qui décrivent la physique des mouvements des fluides et la génération du champ magnétique dans le noyau terrestre. Le champ géomagnétique simulé, qui s’étend maintenant sur l’équivalent de plus de 300 000 ans, a une intensité, une structure dominée par un dipôle et une dérive vers l’ouest à la surface qui sont toutes similaires au champ réel de la Terre. Notre modèle prévoyait que le noyau interne solide, étant magnétiquement couplé au flux de fluide orienté vers l’est au-dessus de lui, devrait tourner légèrement plus vite que la surface de la Terre.Cette prédiction a été récemment soutenue par des études d’ondes sismiques traversant le noyau.
« En outre, le modèle informatique a produit trois inversions spontanées du champ géomagnétique au cours de la simulation de 300 000 ans. Ainsi, pour la première fois, nous disposons d’informations simulées en trois dimensions et en fonction du temps sur la façon dont les inversions magnétiques peuvent se produire. Le processus n’est pas simple, même dans notre modèle informatique. Les mouvements fluides tentent d’inverser le champ sur une échelle de temps de quelques milliers d’années, mais le noyau interne solide tente d’empêcher les inversions car le champ ne peut pas changer (se diffuser) dans le noyau interne aussi rapidement que dans le noyau externe fluide. Ce n’est qu’en de rares occasions que la thermodynamique, les mouvements des fluides et le champ magnétique évoluent de manière compatible et permettent au champ initial de se diffuser complètement hors du noyau interne, de sorte que la nouvelle polarité dipolaire puisse se diffuser et établir un champ magnétique inversé. La nature stochastique (aléatoire) du processus explique probablement pourquoi le temps entre les inversions sur laTerre varie autant. »
Pour des explications plus détaillées sur la géodynamo, les inversions magnétiques simulées et la super-rotation du noyau interne de la Terre, Glatzmaier recommande les articles suivants:
« A Three-Dimensional Self-Consistent Computer Simulation of a GeomagneticField Reversal » par Gary A. Glatzmaier et Paul H. Roberts dans Nature, Vol.377, pages 203-209 ; 1995.
« Rotation and Magnetism of Earth’s Inner Core » par Gary A. Glatzmaier et PaulH. Roberts dans Science, Vol. 274, pages 1887-1891 ; 1996.
Edwin S.Robinson est professeur de géophysique à l’Institut Polytechnique de Virginie &State University à Blacksburg, Virginie.
Il ajoute quelques informations de fond supplémentaires:
« Le principal champ géomagnétique de la terre est produit par le flux de particules électriquement chargées dans la partie liquide du noyau terrestre. Cette zone liquide s’étend d’une profondeur de 2 900 kilomètres à une profondeur de 5 100 kilomètres. Des courants de liquide circulant sont causés par la différence de température entre le sommet et la base de cette zone. Ces courants ressemblent au mouvement de l’eau dans une bouilloire en ébullition. La rotation de la Terre sur son axe confère une symétrie à la configuration des courants du noyau liquide. Par conséquent, il y a un courant électrique quelque peu symétrique dans le noyau liquide qui est le résultat du mouvement des particules chargées électriquement.
« Nous savons par les principes de la physique concernant l’induction électromagnétique qu’un courant électrique a toujours un champ magnétique associé. Dans le noyau liquide de la Terre, une dynamo est créée. Comme le courant du noyau est en quelque sorte symétrique autour de l’axe de rotation, le champ magnétique associé est similaire à celui d’un barreau aimanté. Pour des raisons qui ne sont pas clairement comprises, l’équilibre entre l’effet de la rotation de la Terre et l’effet de la température sur la dynamo du noyau est parfois rompu, ce qui entraîne une perturbation de la configuration du courant du noyau. Après une telle perturbation, il est théoriquement possible que la dynamo se reconstitue avec un sens de circulation du courant opposé. Le champ magnétique associé aura alors une polarisation opposée.
« Parce que nous ne pouvons pas descendre dans le noyau liquide pour observer ce qui se passe réellement, nous devons faire des déductions basées sur des mesures faites sur ou au-dessus de la surface de la terre. Notre connaissance du noyau est donc très incomplète. Nous n’en savons tout simplement pas assez sur le noyau pour prédire quand les inversions de pôles se produiront à l’avenir, ni combien de temps il faut pour qu’une telle inversion se produise, ni ce qui perturbe l’équilibre délicat des facteurs qui produisent le courant dans le noyau. Mais nous avons des informations convaincantes obtenues à partir de grains minéraux magnétisés dans les roches qui nous disent que les inversions de polarité géomagnétique se sont produites un grand nombre de fois dans l’histoire de la terre.