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Deux modes de champs magnétique en concurrence

Le mécanisme présenté par les auteurs rend compte aussi bien des renversements du champ terrestre que de ceux de l’expérience VKS. Ce modèle repose sur la concurrence entre deux modes de champ magnétique qui coexistent avec des intensités variables selon les époques : le mode dipolaire comme on le mesure actuellement en surface et un autre mode, probablement quadrupolaire.

Le Soleil : une inversion tous les 22 ans

Les objets astrophysiques, comme le Soleil ou le noyau de la Terre, n’ont pas une symétrie sphérique car la rotation impose que l’équateur est l’unique plan de symétrie. Les auteurs montrent que lorsque la symétrie de l’écoulement dans le noyau liquide est brisée dipôle et quadrupôle sont couplés. Si le couplage est très fort, le champ magnétique se renverse de façon périodique. Ce type de dynamique est probablement celle du champ magnétique solaire dont les inversions sont périodiques (tous les 22 ans).
Dans le cas de la Terre, le couplage n’est pas assez fort pour que l’oscillation se produise spontanément mais des fluctuations turbulentes de l’écoulement peuvent initier un renversement.

Les étapes d’un renversement

Un renversement est composé de deux phases. La première est lente - le dipôle voit son amplitude décroître tandis que celle du quadrupôle augmente. La seconde phase est plus rapide - l’amplitude du quadrupôle décroît tandis que celle du dipôle augmente à nouveau en pointant vers le pole opposé à sa direction initiale. Cette seconde phase se termine avec un «overshoot» au cours duquel l’amplitude du dipôle atteint des valeurs très élevées avant de se stabiliser dans son nouvel état de polarité.

Il arrive qu’à la fin de la première phase, le dipôle croisse de nouveau et reparte dans sa direction initiale - on parle alors d’excursion - c’est en quelque sorte un renversement avorté. Enfin, le modèle indique que des variations minimes de l’écoulement dans le noyau liquide peuvent augmenter considérablement la durée entre deux renversements, comme c’est typiquement le cas pour les superchrons du champ magnétique terrestre (des périodes de plusieurs dizaines de millions d’années sans inversions).

Source : Institut national des sciences de l’univers (INSU /CNRS)

Référence : Simple Mechanism for Reversals of Earth’s Magnetic Field.
Physical Review Letters, 102, 144503 (2009).