Gauss et le champ magnétique global

Le public qui s'intéresse aux sciences doit beaucoup à Alexander Von Humboldt (1769--1859). Jeune homme, il explora les jungles sud-américaines puis il passa le reste de sa vie à Paris pour y faire des siences naturelles. A la fin de sa vie, il publia ses recherches dans une monumentale oeuvre intitulée
" Kosmos."
Carl Friedrich Gauss
Lors d'une réunion en 1828, Humboldt suggéra à Carl Friedrich Gauss, grand mathématicien allemand de s'intéresser au magnétisme. Gauss et son associé, Weber, firent construire un laboratoire pour étudier le magnétisme, c'est dans ce même laboratoire qu'ils conçurent le premier télégraphe magnétique.
Jusqu'à cette époque, l'aiguille de la boussole à axe vertical (qui mesure la déclinaison magnétique) et l'aiguille de boussole à axe horizontal (qui mesure l'inclinaison magnétique) mesuraient bien la direction de la force magnétique, mais qu'en était-il de sa grandeur? Gauss conçut une méthode habile pour arriver à cette fin, en utilisant un aimant auxiliaire. Aujourd'hui il s'agit d'une expérience faite par les étudiants en DEUG ou en candidature..

Il connaissait également une méthode utilisée en mécanique céleste pour l'analyse de la gravitation et l'appliqua pour décrire les forces magnétiques dans la région de la Terre ; appelées"le champ magnétique."
Cette méthode est toujours en fonction, elle montre le champ comme une somme d'un "dipôle" dominant (2-pôles, comme un barreau aimanté) dont l'intensité décroit avec la distance r en 1/r3, plus un "4-pôles" décroissant en 1/r4, plus un"8-pôles" décroissant en 1/r5, etc.. Le champ d'un "monopôle" devrait selon toute vraisemblance décroître en 1/r2, comme le fait la gravitation -- mais un tel pôle simple isolé ne fut jamais observé, les pôles sont toujours observés, jusqu'à ce jour, par paires. Les nouveaux outils pour faire une meilleure observation et une description du champ magnétique terrestre amenèrent de bien intéressantes observations.

Gauss et Weber organisèrent un comité "l'Union Magnétique" pour la construction d'observatoires, Humboldt sollicita le tsar de Russie pour l'installation de plusieurs de ces observatoires à travers la Sibérie. La plus grande contribution vient de l'empire britannique, qui à travers sa "croisade magnétique"dirigée par Sir Edward Sabine permit l'installation de stations du Canada à la Tasmanie. Ce vaste reseau rendit possible les premiers modèles globaux du champ magnétique mais aussi démontra le caractère mondial des orages magnétiques.

On peut comparer les modèles magnétiques actuels, certains basés sur des observations satellitaires à ceux que Gauss inaugura il y a plus de 150 ans. Un trait marquant ressort: le champ "dipôle" dominant devient de plus en plus faible d'environ 5% par siècle (le taux peut avoir augmenté depuis 1970). Dans le cas où la tendance continuerait de cette manière, la polarité magnétique terrestre pourrait s'inverser complètement dans 1500 à 2000 ans.

Le champ magnétique de la terre ne disparaitrait pas, car d'autres composantes du champ (les 4-pôles, etc.) augmentent entretemps. Et comme l'a montré Ned Benton (maintenant décédé) l'énergie magnétique totale reste pratiquement inchangée. Mais la direction dominante de la boussole pourrait s'inverser, et le magnétisme fossile des roches suggère que ce phénomène s'est déjà produit plusieurs fois dans l'histoire géologique de la terre, le plus récemment il y a 700.000 ans..

Prochain arrêt: Le cycle magnétique solaire

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Auteur : David P. Stern, earthmag("at" symbol)phy6.org

La traduction française a été réalisée à l'initiative de Joseph Lemaire (joseph.lemaire("at"symbol)oma.be), de l'Institut d'Aéronomie Spatiale Belge (IASB), et grâce aux collaborations de Pascale Cambier (pascale.cambier("at"symbol)oma.be) du BUSOC (pour la traduction et la dactylographie) et de Hervé Lamy (herve.lamy("at"symbol)oma.be) de l'IASB (pour la relecture et les corrections).

Dernière modification : 20 décembre 2002