La terre... un aimant?

Bonjour,

Le champ magnétique terrestre est comparable à celui d’un aimant droit (dipôle magnétique), avec un pôle nord et un pôle sud magnétique, comme montré dans cette image :


Source : Champ magnétique, Wikipedia

Les pôles magnétiques sont nommés « nord » et « sud » en fonction des pôles géographiques terrestre vers lesquels ils sont attirés. Comme les pôles magnétiques de polarité opposés s'attirent mutuellement, on en déduit que les pôles géographiques terrestres ont une polarité magnétique en réalité opposée à leur polarité géographique : le pôle Nord géographique terrestre est un pôle sud magnétique, et inversement.
Les deux pôles sont indissociables, l’un n'existe pas sans l’autre (en vertu d’une équation de Maxwell montrant la continuité du champ magnétique produit). Les pôles indiquent une direction d’un axe unique passant par un point central, et le long duquel les lignes de champs viennent s’aligner (avec une inversion brutale de la direction du champ au voisinage de ce centre) : autour de ces deux pôles, le champ magnétique est maximum et orienté parallèlement à l’axe, tandis qu’il décroit avec la distance à l’aimant ; l’effet combiné des deux pôles forme hors de cet axe des lignes de direction du champ magnétique orientées le long de cercles passant par le centre magnétique entre les deux pôles, ces cercles de même intensité du champ étant disposés sur un tore passant par le centre magnétique.
Source : Aimant, Wikipedia


A l’échelle d’un aimant de taille plus modeste, on peut observer comment le fer aimanté s’oriente en suivant les lignes du champ magnétique auquel il est soumis :


Source : Champ magnétique, Wikipedia


C’est grâce au même phénomène qu’une boussole pointe vers le nord :

L'histoire des aimants commence dans l'Antiquité. En Chine, puis un peu plus tard en Grèce, les hommes découvrent une pierre noire, la pierre d'aimant, qui a le pouvoir d'attirer le fer. Qui plus est, cette pierre a la capacité de transmettre son pouvoir au fer. Dans l'Antiquité, selon Plutarque, la pierre d'aimant s'appellait os d'Horus et le fer os de Typhon ; Pline l'Ancien écrivait : « Il y a auprès du fleuve Indus deux montagnes, dont l'une retient et l'autre repousse toute espèce de fer (XXXVI, 25); de la sorte, si l'on porte des clous aux souliers, dans l'une on ne peut pas retirer son pied, dans l'autre on ne peut pas le poser. »
Partout où ces étonnantes propriétés de la magnétite sont remarquées, apparaissait la tentation de l'associer à la magie : « Une pierre d'aimant placée sous l'oreiller d'une épouse infidèle avait le pouvoir, disait-on, de lui faire avouer sa faute. La croyance populaire attribuait à l'aimant une telle force qu'un seul fragment suffisait pour guérir toute sorte de maux et même servir de contraceptif. »
Vers l'an Mille, en Chine, la boussole (appelée « aiguille du sud »), première application de la propriété d'aimantation, fait son apparition dans la navigation maritime. Cette boussole ou marinette, qui est constituée d'une aiguille de fer aimantée par contact avec la pierre d'aimant, sera introduite en Europe environ deux siècles plus tard. Le champ magnétique terrestre à l'origine de l'aimantation de la magnétite a permis à l'homme muni d'une marinette de mieux se situer dans l'espace et donc de l'explorer.
Source : Aimant permanent, Wikipedia

Soumis au champ magnétique terrestre, un objet aimanté n’est donc pas attiré vers le centre de la Terre, mais vers le pôle sud de son champ magnétique (qui, par convention dans le cas du champ magnétique terrestre, est appelé pôle nord à cause de sa proximité avec le pôle nord géographique).


Mais dans ce cas, pourquoi tous les objets en fer ne s’orientent pas spontanément vers le nord ?

Pour répondre à cette question il faut considérer l’intensité du champ magnétique terrestre, qui diminue rapidement à mesure qu’on s’éloigne du centre de la Terre, et est relativement faible à la surface de la planète :

Le champ magnétique terrestre est un champ relativement faible, de l’ordre de 0,5 gauss, soit 5•10-5 tesla (valeur à Paris, par exemple). Il est créé par l’effet dynamo engendré par les mouvements du noyau de la planète. Le pôle Nord magnétique se déplace d’une centaine de kilomètres par an. Même si l’intensité du dipôle n’est pas très forte, les lignes du champ dipolaire forment un écran vis-à-vis de toute particule chargée et mettent les Terriens à l’abri des rayonnements cosmiques. Comme d’autres planètes du système solaire (Mercure, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune), la Terre possède ainsi une magnétosphère qui protège sa surface du vent solaire mais ce dernier déforme les lignes de son champ magnétique.
Source : Mémo D, cea.fr

L'intensité du champ magnétique est la mesure de l'importance d'un champ magnétique. Son unité dans le système international d'unités est le tesla (T). On utilise parfois le gauss (G), sachant que :
Source : Intensité de champ magnétique, Wikipedia

A titre de comparaison, un aimant permanent, à quelques millimètres de sa surface, a un champ magnétique de 0,1 à 1 T (donc d’une intensité supérieure à celle du champ magnétique terrestre à la surface de la Terre).


Pour aller plus loin :

- Le champ magnétique terrestre, astrosurf.com
- Champ magnétique de la Terre, Géomagnétisme Canada





Bonne journée.