Pourquoi le champ magnétique de la Terre se "retourne" tous les millions d'années environ? Quelle que soit la raison ou les raisons, la façon dont le fer liquide du noyau externe de la Terre s'écoule - ses courants, sa structure, ses cycles à long terme - est importante, soit en tant que cause, effet, ou un peu des deux.
La composante principale du champ terrestre - qui définit les pôles magnétiques - est un dipôle généré par la convection de nickel-fer fondu dans le noyau externe (le noyau interne est solide, donc son rôle est secondaire; rappelez-vous que le noyau terrestre est bien au-dessus de la température de Curie, le fer n'est donc pas ferromagnétique).
Mais qu'en est-il de la structure fine? Le noyau externe a-t-il l'équivalent des courants-jets de l'atmosphère terrestre, par exemple? Des recherches récentes menées par une équipe de géophysiciens au Japon jettent un peu de lumière sur ces questions, et donc des indices sur les causes des retournements de pôles magnétiques.
À propos de l'image: Cette image montre comment une particule imaginaire en suspension dans le noyau externe en fer liquide de la Terre a tendance à s'écouler dans des zones même lorsque les conditions géodynamiques varient. Les couleurs représentent le tourbillon ou la «quantité de rotation» que cette particule subit, où le rouge signifie un flux positif (est-ouest) et le bleu signifie un flux négatif (ouest-est). De gauche à droite montre comment le flux répond à l'augmentation du nombre de Rayleigh, qui est associée à un flux entraîné par la flottabilité. De haut en bas montre comment l'écoulement répond aux vitesses angulaires croissantes de l'ensemble du système géodynamique.
Les vents du jet stream qui font le tour du globe et ceux des atmosphères des géantes gazeuses (Jupiter, Saturne, etc.) sont des exemples de flux zonaux. «Une caractéristique commune de ces flux zonaux est qu'ils sont générés spontanément dans des systèmes turbulents. Parce que le noyau externe de la Terre est censé être dans un état turbulent, il est possible qu'il y ait un écoulement zonal dans le fer liquide du noyau externe », disent Akira Kageyama de l'Université de Kobe et ses collègues, dans leur récent article Nature. L'équipe a trouvé un modèle d'écoulement secondaire en modélisant la géodynamo - qui génère le champ magnétique terrestre - pour construire une image plus détaillée de la convection dans le noyau externe de la Terre, un modèle d'écoulement secondaire composé de panaches radiaux internes en forme de feuille, entourés par vers l'ouest écoulement zonal cylindrique.
Ce travail a été réalisé à l'aide du supercalculateur Earth Simulator, basé au Japon, qui offrait une résolution spatiale suffisante pour déterminer ces effets secondaires. Kageyama et son équipe ont également confirmé, à l'aide d'un modèle numérique, que cette structure à double convection peut coexister avec la convection dominante qui génère les pôles nord et sud; il s'agit d'un contrôle de cohérence critique sur leurs modèles, "Nous confirmons numériquement que la structure à double convection avec un tel flux zonal est stable sous un champ magnétique dipolaire puissant et auto-généré", écrivent-ils.
Ce type d'écoulement zonal dans le noyau externe n'a jamais été observé auparavant dans les modèles géodynamiques, en grande partie en raison du manque de résolution suffisante dans les modèles précédents. Le rôle de ces flux zonaux dans l'inversion du champ magnétique terrestre est un domaine de recherche que les résultats de Kageyama et de son équipe pourront désormais être poursuivis.
Sources: Physics World, d'après un article du numéro du 11 février 2010 de Nature. Page d'accueil de Earth Simulator
