Le champ géomagnétique et la variation séculaire

Le champ magnétique principal de la Terre est, en première approximation, celui d'un dipôle géocentrique incliné, mais il s'en écarte dans le détail et dérive de manière mesurable d'année en année par un lent changement appelé variation séculaire.

Definition

Le champ géomagnétique est le champ magnétique observé à la surface et au-dessus de la Terre, dominé par un dipôle géocentrique interne et décrit mathématiquement par un développement en harmoniques sphériques, dont les lents changements temporels d'origine interne constituent la variation séculaire.

Scope

Ce sujet couvre la description et l'évolution temporelle du champ magnétique principal de la Terre : sa représentation par un potentiel en harmoniques sphériques dominé par un dipôle géocentrique, les éléments du champ (déclinaison, inclinaison, intensité), et les modèles de référence tels que le Champ Géomagnétique International de Référence. Il traite de la variation séculaire, y compris la dérive vers l'ouest et les secousses géomagnétiques, ainsi que de la séparation des sources de champ internes et externes. L'accent est mis sur le champ actuel et ses changements décennaux plutôt que sur son enregistrement sur de longues périodes géologiques.

Core questions

• Comment le champ principal est-il décrit par un dipôle géocentrique et des harmoniques sphériques ?
• Quels sont les éléments du champ, et comment sont-ils cartographiés dans les modèles de référence ?
• Qu'est-ce que la variation séculaire, et à quelle vitesse le champ change-t-il ?
• Comment les contributions internes et externes au champ sont-elles séparées ?

Key concepts

• Dipôle axial géocentrique et champ non dipolaire
• Éléments du champ : déclinaison, inclinaison, intensité
• Représentation en harmoniques sphériques (Gauss)
• Variation séculaire, dérive vers l'ouest et secousses géomagnétiques
• Champ Géomagnétique International de Référence

Key theories

Représentation du champ en harmoniques sphériques

Gauss a montré qu'un champ magnétique sans source peut être écrit comme le gradient d'un potentiel développé en harmoniques sphériques, permettant de séparer le champ principal en un dipôle dominant, des termes non dipolaires, et des contributions d'origine interne versus externe.

Variation séculaire due à l'écoulement du noyau

La lente dérive du champ, y compris son mouvement vers l'ouest et ses secousses abruptes, reflète l'évolution de l'écoulement fluide au sommet du noyau liquide, offrant une fenêtre de surface sur la dynamique du noyau à des échelles de temps décennales.

Mechanisms

Le champ principal prend naissance dans les courants électriques du noyau liquide ; à la surface et au-dessus, il est sans courant et peut donc être dérivé d'un potentiel scalaire, dont les coefficients en harmoniques sphériques changent lentement à mesure que l'écoulement du noyau sous-jacent évolue, produisant la variation séculaire mesurée, tandis que les sources crustales et externes (ionosphériques et magnétosphériques) ajoutent des contributions de longueur d'onde plus courte et plus rapides.

Clinical relevance

Des modèles précis du champ et de sa variation séculaire sont essentiels pour la navigation par compas magnétique, le forage directionnel, les opérations de satellites et d'engins spatiaux, et comme référence continuellement mise à jour pour les levés magnétiques.

History

Halley a cartographié la déclinaison au-dessus de l'Atlantique vers 1700, Gauss a introduit l'analyse en harmoniques sphériques dans les années 1830 et a séparé pour la première fois les sources internes des sources externes, et le Champ Géomagnétique International de Référence moderne, désormais enrichi par les missions satellitaires, fournit des modèles mondiaux régulièrement mis à jour du champ et de sa variation.

Key figures

• Carl Friedrich Gauss
• Edmond Halley
• George Backus

Seminal works

• backus1996
• merrill1996
• alken2021

Frequently asked questions

Pourquoi une boussole n'indique-t-elle pas le vrai nord ?

Une boussole s'aligne sur le champ magnétique horizontal local, dont la direction (déclinaison) diffère du nord géographique car le champ géomagnétique n'est pas un dipôle axial parfait et varie d'un endroit à l'autre ; les modèles de champ de référence fournissent la déclinaison nécessaire pour corriger une boussole.

Qu'est-ce que la variation séculaire ?

La variation séculaire est le lent changement, d'année en année, du champ magnétique principal de la Terre, tel que la dérive des caractéristiques magnétiques et l'affaiblissement progressif du dipôle, entraîné par l'évolution du mouvement fluide dans le noyau externe liquide.