B. Fonctionnement et propriétés

 Le champ magnétique (En physique, le champ magnétique est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction, définie en tout point de l'espace) terrestre peut être comparé à un aimant.

File:AimantDroit.png

Schéma vectoriel des lignes du champ magnétique.

La Terre s'entoure d'un champ magnétique. Le champ principal est généré par les mouvements du magma fluide du noyau externe. Comme les mouvements convectifs qui se développent dans un milieu chaud, cet océan de magma remonte vers la surface du globe dans un mouvement hélicoïdal suite à la rotation de la Terre c'est la force de Coriolis (une force qui agit sur n'importe quel corps en mouvement dans un système tournant de façon indépendante).

Mais s'il fallait uniquement compter sur l'effet de la conductivité électrique du magma en fusion, le dipôle du champ géomagnétique aurait disparu en 10 000 ans par diffusion ohmique. Pourtant le champ existe depuis environ 3.2 milliards d'années et sa force semble s'orienter vers le nord. Une théorie a été développée pour expliquer sa durée de vie et son intensité : « La théorie de la dynamo terrestre ».

Qu'est ce que la théorie de la dynamo terrestre ?  

modelisation-du-champ-magnetique-comme-aimant.png

Un courant électrique est créé dans une boucle conductrice se déplaçant dans un champ magnétique : c'est un effet dynamo.  Il y a conversion d'énergie mécanique en énergie électromagnétique. De l'autre coté, un courant dans une boucle conductrice produit un champ magnétique. Un courant produit un champ, une variation de champ produit un courant, mais sans champ et sans courant initiaux, l'effet dynamo peut-il débuter et se stabiliser ?

C’est pourquoi des expériences étudiant le comportement de cet effet dynamo ont été effectuées récemment, suite à ce qu'avait proposé Larmor (Physicien Irlandais) en 1919, comme l'éxperience VKS 2 :

Il s'agit d'une experience permettant de recréer un modèle de noyau terrestre grâce à du sodium liquide. Le flux de ce sodium entraine la création d'un champ magnétique semblable à celui de la Terre, permettant ainsi d'observer les variations et les invertions de celui-ci. Les mouvements du sodium liquide se développent librement (de façon aléatoire), et les fluides sont très turbulents. On ne peut donc pas prédire de façon théorique ce qu'il va se passer, c'est pour cela que l'on ne peut utiliser les simulations numériques, puisqu'elles ne permettent pas d'atteindre les gammes de paramètres des dynamos naturelles. On leur préfère donc l'éxpérience VKS 2 qui s'en rapproche le plus, dans laquelle un écoulement tourbillonnaire est produit par le mouvmement de deux turbines tournant à sens inverse dans un cylindre rempli de sodium liquide. L'apparition de l'effet dynamo est marqué par l'apparition spontanée d'un champ magnétique auto-entretenue par le mouvement du fluide.

Plus concrètement, les écoulements qui sont à l'origine de s dynamos naturelles (noyau liquide terrestre) sont pour la pluspart en rotation globale importante, à cause du mouvement d'ensemble de la planète. L'un des avantages de VKS 2 est que l'on peut imposer une rotation de ce type en faisant tourner une turbine plus rapidement que l'autre. On se rend alors compte que le champ magnétique créée n'est plus statistiquement stationnaire comme lorsque les turbines tournent à la même vitesse, évolue au cours du temps avec des mouvements erratiques (aléatoires et turbulents), de sa direction.

Ce comportement, avec inversions aléatoires et excursions du champ, est très similaire à ce que l'on sait de l'évolution du champ magnétique terrestre au cours du temps. En appliquant les observations paléomagnétiques de l'éxperience, on remarque en effet, une alternance d'orientations Nord-Sud et Sud-Nord qui marque les renversements du champ. Le temps mis pour un retournement est très acceléré par rapport au temps observé (plusieurs milliers d'années pour la Terre, quelques secondes ici).

En conclusion, on a donc reproduit "en laboratoire" dans des situations bien contrôléeset dans des conditions proches de la réalité les variations d'un champ magnétique.

Schéma des turbines contra-rotatives de l'expérience VKS2.

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