L’Anomalie de l’Atlantique Sud s’étend, selon les satellites Swarm de l’ESA

Une « bosse » dans le champ magnétique terrestre qui grandit

Les données les plus récentes issues d’un trio de satellites qui surveillent notre planète montrent qu’une vaste dépression du champ magnétique terrestre poursuit son expansion.

Ce phénomène, appelé l’anomalie de l’Atlantique Sud (AAS), s’étire au-dessus de la zone océanique qui sépare l’Afrique de l’Amérique du Sud. D’après ces nouvelles mesures, l’anomalie se serait étendue depuis 2014 d’une surface équivalente à environ la moitié de l’Europe continentale, tandis que l’intensité magnétique y continue de diminuer.

Les observations suggèrent aussi que l’« océan » de fer en fusion de la couche externe du noyau terrestre - à l’origine du champ magnétique planétaire - n’est pas un milieu stable et régulier, mais un système agité et complexe, dont l’activité peut modifier le champ externe à des échelles de temps aussi courtes que quelques années.

À quoi sert le champ magnétique terrestre

Le champ magnétique terrestre forme un immense réseau de lignes de champ produit par la dynamo du noyau : un fluide conducteur, en convection et en rotation dans le noyau externe, qui transforme l’énergie cinétique en énergie magnétique. Il s’étend jusque dans l’espace et crée autour de la Terre une structure invisible qui contribue à retenir l’atmosphère et à limiter la pénétration des rayons cosmiques.

Sur des durées géologiques, ce champ a déjà varié en intensité, allant jusqu’à s’inverser totalement lors de renversements complets des pôles. Ces épisodes ne représentent pas un danger direct pour la vie à la surface, mais ils restent importants à étudier pour d’autres raisons.

Certaines solutions de navigation, par exemple, s’appuient sur le champ magnétique terrestre. Par ailleurs, ce champ dévie les particules chargées : lorsqu’il s’affaiblit, les satellites deviennent plus exposés à des accumulations de charge potentiellement dangereuses.

De plus, comme le champ magnétique détourne une partie du rayonnement solaire et cosmique, les astronautes - ainsi que les personnes voyageant à haute altitude - reçoivent des doses de radiation plus élevées dans les régions où le champ est plus faible.

Mieux comprendre l’évolution du champ magnétique peut donc éclairer ce qui se passe en profondeur dans notre planète. À terme, ces connaissances peuvent aider les scientifiques à construire de meilleurs modèles prédictifs de son comportement futur, afin d’atténuer les problèmes associés.

L’anomalie de l’Atlantique Sud et la mission Swarm de l’ESA

L’anomalie de l’Atlantique Sud est identifiée au moins depuis les années 1960. En revanche, il n’existait pas d’études détaillées et continues avant le lancement, en 2013, de la mission Swarm de l’Agence spatiale européenne (ESA) : trois satellites conçus pour fonctionner de concert et cartographier le champ géomagnétique.

Les derniers résultats issus de Swarm constituent, à ce jour, la plus longue surveillance continue du champ magnétique terrestre. Ils mettent en évidence de nouvelles subtilités concernant l’AAS.

« L’anomalie de l’Atlantique Sud n’est pas un simple bloc », explique le géophysicien Chris Finlay, de l’Université technique du Danemark. « Elle évolue différemment vers l’Afrique qu’à proximité de l’Amérique du Sud. Il se passe quelque chose de particulier dans cette région, qui provoque un affaiblissement du champ de manière plus marquée. »

Ce que les données suggèrent sur l’origine de l’AAS

Les chercheurs ne savent pas précisément ce qui provoque l’anomalie, mais ils ont établi que, dans cette zone, le champ magnétique à l’intérieur de la Terre ne se comporte pas comme attendu. Dans une approximation, le champ terrestre est de type dipolaire : le pôle magnétique nord correspond à l’endroit où les lignes de champ plongent dans la planète, et le pôle magnétique sud à celui où elles ressortent.

Il s’agit d’un schéma très simplifié - le champ magnétique global est plus complexe -, mais il décrit, dans l’ensemble, le comportement attendu. Or, au niveau de l’AAS, une partie du flux magnétique sous la surface terrestre apparaît curieusement inversée.

« En temps normal, on s’attend à voir des lignes de champ sortir du noyau dans l’hémisphère Sud. Mais sous l’anomalie de l’Atlantique Sud, nous observons des zones inattendues où le champ magnétique, au lieu de sortir du noyau, retourne dans le noyau », détaille Finlay.

« Grâce aux données de Swarm, nous pouvons voir l’une de ces zones se déplacer vers l’ouest au-dessus de l’Afrique, ce qui contribue à l’affaiblissement de l’anomalie de l’Atlantique Sud dans cette région. »

Cette inversion locale du flux magnétique pourrait être associée à une grande « masse » mystérieuse de matière très chaude située à l’extérieur du noyau terrestre, sous l’AAS : la Province africaine à faible vitesse de cisaillement à grande échelle (LLSVP).

Cette masse pourrait perturber la convection en provenance du noyau, et ainsi modifier le comportement du champ magnétique au-dessus d’elle. Les scientifiques pensent qu’il s’agit d’un fonctionnement normal de la Terre ; ce sont surtout les outils d’observation qui manquaient jusqu’à une période récente.

D’autres évolutions du champ magnétique observées

Parmi les autres changements détectés par Swarm, on trouve un léger affaiblissement du champ au-dessus du Canada et, à l’inverse, un léger renforcement au-dessus de la Sibérie. Ces évolutions seraient liées au déplacement d’une structure magnétique sous l’Amérique du Nord.

« C’est vraiment formidable de pouvoir observer la vue d’ensemble de notre Terre dynamique grâce à la longue série temporelle de Swarm », déclare Anja Strømme, responsable de mission Swarm à l’ESA. « Les satellites sont tous en bonne santé et fournissent d’excellentes données ; nous pouvons donc, espérons-le, prolonger cet enregistrement au-delà de 2030, lorsque le minimum solaire offrira des perspectives inédites supplémentaires sur notre planète. »

Ces travaux ont été publiés dans Physique de la Terre et des Intérieurs Planétaires.