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Le géomagnétisme sous l’œil des satellites

La mission Swarm de l’Agence spatiale européenne, mise sur orbite ce vendredi, va étudier les variations du champ magnétique terrestre

On ne le perçoit pas, et pourtant il est indispensable à notre existence: sans le champ magné­tique émis par la Terre, la vie n’aurait pas pu y voir le jour. Le bouclier magnétique qui entoure notre planète la protège en effet du vent solaire et des dangereuses particules de haute énergie qu’il transporte.

Variable au cours du temps et généré par de multiples sources, ce géomagnétisme demeure mystérieux. Afin de mieux comprendre son fonctionnement, et alors qu’il montre des signes d’affai­blissement, l’Agence spatiale européenne (ESA) lancera vendredi depuis le cosmodrome russe de Plessetsk une série de trois nouveaux satellites. Cette mission appelée Swarm («essaim», en anglais) sera chargée de mesurer le géomagnétisme sous toutes les coutures et avec une précision inédite pendant quatre années.

Intégrés à leur lanceur, une fusée Rockot, les satellites de Swarm quitteront la Terre vendredi à 12h02 heure GMT (13h02 en Suisse). Ils se sépareront 91 minutes plus tard, deux des satellites rejoignant une orbite située à 460 km de notre planète, le troisième étant pour sa part placé à 530 km d’altitude. Les trois satellites, développés par la filiale allemande de la société Astrium, sont identiques: d’un poids de 470 kg, ils mesurent 9,1 mètres de longueur. Leur mât déployable de 4 mètres de long est doté d’une structure ultrarésistante en fibre de carbone, mise au point par la branche suisse de la société Ruag Space.

Les instruments de mesure du champ magnétique, ou magnétomètres, sont situés à l’extrémité de ces mâts, ce qui leur permet de s’affranchir du magnétisme émis par le satellite lui-même. Ils fourniront des informations à la fois sur l’intensité et sur la direction du champ. «Ces équipements de mesure auront une précision bien supérieure à celle des précédentes missions spatiales d’étude du champ magnétique, telle que l’allemande Champ», indique Rune Floberghagen, responsable de la mission pour l’ESA.

Le géomagnétisme a plusieurs origines. La principale se trouve dans les tréfonds de notre planète, au niveau de son noyau de fer et de nickel en fusion, situé à 3000 km sous nos pieds. Celui-ci fonctionne comme une dynamo géante. Des courants électriques apparus dans sa matière agitée et conductrice ont donné naissance, il y a 3,5 milliards d’années, à un champ magnétique qui entretient lui-même les courants électriques circulant dans le noyau, et ainsi de suite.

Ce champ généré au cœur de notre planète est celui qui oriente nos boussoles vers le nord magnétique. Fluctuant au cours du temps, il est actuellement incliné d’environ 10% par rapport à l’axe nord-sud géographique de la Terre. «Il donne également lieu à un champ magnétique secondaire, celui des roches de la croûte terrestre, qui se sont aimantées au cours de leur formation en fonction de l’orientation du champ principal», explique Gauthier Hulot, responsable de l’équipe de géomagnétisme à l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP).

Parmi les autres sources de magnétisme figurent l’ionosphère, la partie supérieure de notre atmosphère parcourue de champs électrique, et la magnétosphère, zone encore plus éloignée de notre planète, qui interfère directement avec les vents solaires.

Grâce à ses trois satellites, la mission Swarm devrait être en mesure de discerner ces différents champs magnétiques. «Par exemple, on sait que l’ionosphère n’émet un champ que lorsqu’il fait jour; en comparant les résultats obtenus par deux satellites circulant dans les mêmes conditions, mais l’un de jour et l’autre de nuit, on peut déduire quelle est la part du magnétisme qui est générée par l’ionosphère», illustre Rune Floberghagen.

Avec ces mesures, les scientifiques espèrent notamment mieux comprendre l’origine des fortes variations du géomagnétisme. Le pôle Nord magnétique se déplace en effet régulièrement; il aurait même parcouru près de 2000 km vers le nord-est entre 1831 et 2007! Le champ magnétique terrestre s’est également inversé plusieurs fois au cours de l’histoire. La dernière inversion en date remonte à 780 000 ans en arrière; si les boussoles avaient existé à cette époque, elles auraient indiqué le nord magnétique… au niveau du sud géographique!

Les études révèlent que ces inversions des pôles sont toujours précédées d’une importante diminution du champ magnétique. Or ce champ décroît actuellement assez rapidement, puisqu’il a perdu environ 6% de son intensité en un siècle. «Cependant, ce magnétisme reste à un niveau relativement élevé, et il est tout à fait possible que son intensité remonte au cours du prochain siècle», modère Gauthier Hulot.

La menace d’une inversion du magnétisme terrestre, avec des conséquences difficiles à mesurer, n’est donc pas imminente. Par contre, un autre phénomène inquiète les scientifiques: c’est «l’anomalie de l’Atlantique du Sud», une zone où le champ magnétique est particulièrement faible, et où il continue de s’affaiblir. «Ce phénomène a déjà des conséquences sur les satellites évoluant en orbite basse dans cette zone: ils souffrent des rayonnements et subissent davantage de pannes que les autres», relate Gauthier Hulot.

Parmi les applications pratiques de la mission Swarm figure ainsi la possibilité de prévoir, même à relativement brève échéance, l’évolution du géomagnétisme, afin de pouvoir construire des satellites adaptés aux conditions qu’ils rencontreront dans l’espace. Ces prévisions seraient aussi utiles pour anticiper les conséquences des orages magnétiques, qui se produisent lors de fluctuations brusques de l’activité solaire. Ce sont ces orages qui sont à l’origine des très belles aurores boréales, mais ils peuvent aussi occasionner des dégâts sur les lignes à haute tension.

D’un point de vue plus fondamental, Swarm contribuera aussi à une meilleure connaissance des phénomènes qui se déroulent à l’intérieur de notre planète. Une équipe de l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich a, par exemple, déjà prévu d’utiliser ces données pour mieux étudier les caractéristiques du manteau terrestre, et notamment sa conductivité électrique.

Le champ magnétique terrestre s’est inversé à plusieurs reprises, la dernière fois il y a 780 000 ans

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