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MAGNETISME = Etudier Le champ Magnétique Terrestre INSTITUT DES MINES DE MARRAK

MAGNETISME = Etudier Le champ Magnétique Terrestre INSTITUT DES MINES DE MARRAKECH : IMM Semaine du 27/02 au 03/03 2012 Slimane JAIDOURI 22/04/2012 1 Définitions et introduction Magnétisme terrestre Propriétés magnétiques des roches Corrections Réalisation de levés magnétiques Instruments de mesures Exemple Plan de l’exposé 22/04/2012 2 Définitions et introduction 22/04/2012 3 La géophysique La géophysique est une discipline des sciences de la Terre. Elle concerne l’étude des caractéristiques physiques de la Terre, ou d'autres planètes, utilisant des techniques de mesures indirectes (gravimétrie, magnétisme, sismologie, radar géologique, résistivité apparente, etc.) 22/04/2012 4 Deux grands volets 1. La géophysique fondamentale : s’intéresse à l’étude du globe terrestre et sa situation dans le système solaire 2. La géophysique appliquée : Prospection minière Hydrogéologie Génie civil Archiologie Etc… 22/04/2012 5 La géophysique fondamentale est une science qui s’intéresse à l’étude de la terre en se basant sur les propriétés physiques des roches : • La densité • La susceptibilité magnétique • La résistivité ou la conductibilité • La vitesse et propagation du son • La radioactivité La géophysique fondamentale 22/04/2012 6 Confluence A l'aide d'hypothèses géologiques, la géophysique se propose de valider un modèle mathématique issu de mesures faites sur le terrain. Elle se trouve donc à la confluence de la géologie, de la physique, des mathématiques et de l'informatique, etc.. . 22/04/2012 7 compétence technique La géophysique s’intéresse aux différentes propriétés physiques des sols et des roches. A l’aide d’appareils de mesure et de capteurs, le géophysicien observe les variations spatiales et temporelles des propriétés électriques, magnétiques, électromagnétiques, gravimétriques ou autres propriétés du sous-sol. Après étude et traitement des données, dans le cadre d'un modèle prédéfini, il peut caractériser et imager le sous-sol en 1D, 2D, 3D et 4D. Il apporte ainsi une compétence technique de pointe, et souvent, un éclairage nouveau quant à la nature d’un sol. 22/04/2012 8 Magnétisme terrestre CARACTERISTIQIUES DU CHAMP MAGNETIQUE TERRESTRE 22/04/2012 9 Champ magnétique terrestre • Comme certaines autres planètes du système solaire, la Terre se caractérise par l'existence d'un champ magnétique (variable en fonction du lieu et du temps) ; • L'origine essentielle du champ est liée aux mouvements du fluide conducteur du noyau 22/04/2012 10 Plus précisément, on peut dire que 90% du C.M.T actuel peut être représenté par un dipôle. Les 10% restant forme ce que l’on appelle un champ non-dipôlaire. Le CMT peut être assimilé en première approximation à celui produit par un dipôle géocentré, situé au centre de la terre et dont l'axe fait un angle d'environ 11.5° avec l'axe de rotation de la Terre; Il est en réalité trop complexe pour être exprimé par une fonction mathématique simple, mais il peut être considéré, sur quelques centaines de km, comme uniforme et le bruit de fond géologique est facilement observable. 22/04/2012 11 Le nord magnétique ≠ du nord géographique 22/04/2012 12 Pôle magnétique Pôle magnétique Le dipôle crée autour de la Terre des lignes de champ magnétique qui protègent la Terre de certains rayonnements solaires. Ligne de champ magnétique l I Grâce au caractère dipolaire, nous avons la relation : l tg tgI . 2  I : inclinaison magnétique, l : latitude du site d’observation H H 22/04/2012 13 CMT en un point du globe En un lieu donné et un instant donné, on peut représenter ce champ par un vecteur ; Pour le définir on choisit un système de coordonnées rectangulaires, avec : • L'axe des X en direction du Nord géographique, l'axe des Y vers l'Est et l'axe Z suivant la verticale. • La déclinaison et l'inclinaison, exprimé en degrés minutes secondes (La déclinaison est l'angle avec les X, l'inclinaison celui avec l'axe Z). Ces différentes composantes peuvent se mesurer à la surface de la Terre. H 22/04/2012 14 Surface horizontale Il se caractérise par trois composantes : Hx, Hy, Hz Dans un espace à 3 dimensions, ce vecteur peut être représenté par 3 paramètres : l’Inclinaison (I), la Déclinaison (D), l’Intensité (H). Nord Est Verticale Ouest Sud I • I : angle que fait le C.M.T avec le plan horizontal. D • D : angle que fait la composante horizontale H de F avec le Nord géographique H Le champ magnétique est un vecteur, noté généralement X Y Z H F 22/04/2012 15 Les relations suivantes relient le champ, ses composantes et la déclinaison et l’inclinaison. F2 = H2 + Z2 = X2 +Y2 + Z2 (2.1) H = F cos I (2.2) Z = F sin I (2.3) tan I = Z/H (2.4) X = H cos D (2.5) Y = H sin D (2.6) tan D = Y/X (2.7) 22/04/2012 16 Le champ magnétique évolue-t-il dans le temps et dans l’espace ? 22/04/2012 17 L’observation dans le temps à l’observatoire de Chambon la Forêt Document D. Gibert Le C.M.T actuel évolue continuellement dans le temps sur des constantes de temps très différentes (seconde, heure, jour, année,…) 22/04/2012 18 Ainsi, les données de Paris montrent que depuis le XVIIe siècle l’inclinaison a varié de 75° à 65° et que la déclinaison est passée De 10° Est à 25° Ouest au début du XIXe siècle pour revenir autour de 10° Ouest de nos jours. D’où viennent ces variations ? Et pourquoi de telles variations tant en direction qu’en intensité ? Les mesures issues des observatoires de Londres (1575), Paris (1600) Rome (1800) montrent de manière indiscutable que le champ magnétique principal de la Terre évolue également dans l’espace. 22/04/2012 19 Variations internes séculaires • De longues séries d’observations démontrent que le CMT est loin d’être constant. Des données obtenues aux observatoires de Londres et de Paris depuis 1540 montrent que l’inclinaison a varié de 10 ° (de 75 `a 65 ° ) et la déclinaison de 35 ° (10 ° E à 25 °W) puis retour `a 10 ° W depuis cette période; • Même si ces données ont l’air cycliques, des renseignements ailleurs dans le monde n’entraînent pas les mêmes conclusions. Les variations séculaires ont donc un caractère régional; • Leurs sources sont mal expliquées, mais on pense qu’elles sont reliées aux changements de courants de convection dans le noyau, au couplage à la limite noyau-manteau et à la vitesse de rotation de la terre. 22/04/2012 20 Champ magnétique externe La majeure partie du 1% du champ magnétique provenant de l’extérieur de la terre apparaît être associée aux courants électriques dans les couches ionisées de la haute atmosphère. Les variations dans le temps sont beaucoup plus rapide que celle du champ d’origine interne. • La variation diurne régulière Deux cycles de variations : 1. un cycle qui suit le rythme solaire (cycle de 24 heures, avec max sur 11 ans) • ordre de 30 nT • varie avec les latitudes et saisons • faible en hiver et fort en été 2. un cycle qui suit les marrés luni-solaires (périodes de 25 heures, amplitude de 2 nT). • Activité magnétique : Les tempêtes magnétiques sont des perturbations dont les amplitudes peuvent atteindre 2000 nT. 22/04/2012 21 Champ magnétique Susceptibilité magnétique Aimantation magnétique L’étude du champ magnétique terrestre ancien = Paléomagnétisme Pour cela on étudie l’aimantation magnétique des roches (volcaniques et sédimentaires). En effet, certaines roches volcaniques et sédimentaires ont La propriété d’enregistrer et de mémoriser la direction et/ou l’intensité du C.M.T. régnant au moment de la Formation de la roche. M .H 22/04/2012 22 Propriétés magnétiques 22/04/2012 23 Induction magnétique(suite) Par définition : le rapport de l’induction B à la valeur du champ d’aimantation H est la perméabilité magnétique et on a : B = ( 1 + 4πk ) H = μ H μ = ( 1 + 4πk ) est la relation entre la susceptibilité (K) et la perméabilité 22/04/2012 24 Propriétés magnétiques des matériaux Trois grands groupes définissant les propriétés magnétiques des matériaux: • matériaux diamagnétiques : Si k < 0 ; Phénomène faible, réversible, affecte tous les corps. L’intensité de la magnétisation induite est dans la direction opposée au champ inducteur. Ex. : quartz, feldspath, sel. • matériaux paramagnétiques : Si k > 0 ; Comme le diamagnétisme, c’est un phénomène faible et réversible, mais tend à renforcer l’action du champ inducteur. Le champ induit décroit cependant avec la température. Ex. : les métaux, gneiss, pegmatite, dolomie, syénite. • matériaux ferro et ferrimagnétiques : Les moments magnétiques de chaque atome s’alignent spontanément dans des régions appelées domaines et cela même en l’absence de champ magnétique externe. En général, le moment magnétique total est nul parce que les différents domaines ont des orientations différentes et leurs effets s’annulent. Le ferromagnétisme disparait si on d´dépasse une certaine température, appelée point de Curie. Ex. : magnétite, ilménite. 22/04/2012 25 La valeur de cette aimantation dépend fortement De la présence des minéraux magnétiques qui sont : Diamagnétisme : Le corps prend une aimantation en sens inverse du champ appliqué ( < 0). Cette aimantation est très faible. L'eau, l'air, la silice, la calcite,…. Elle disparaît lorsque le champ est interrompu (absence de rémanence). L’aimantation ferromagnétique dépend fortement de la température Paramagnétisme : Le corps acquiert une uploads/Geographie/ cours-magnetisme-jaid.pdf