Magnétisme et Pesanteur

Crédits : 3 ECTS

Responsable : Frédéric CHAMBAT

Le champ magnétique et le champ de pesanteur sont observables depuis l’extérieur de la Terre et nous renseignent sur sa constitution et son fonctionnement. L’UE est divisée en deux parties égales traitant chacune d’un champ. Pour chacune, on s’attachera à la fois à comprendre la physique fondamentale (comment s’expriment la gravité et le champ magnétique, comment sont-il liés à la densité ou au courants électriques, comment se calculent-ils ? etc) et à la description des champs terrestres (comment varient la gravité et le champ magnétique,  et que cela nous indique-t-il sur l’intérieur de la Terre ?).

Anomalies de gravité à l’air libre à la surface de la Terre.

Magnétisme :

      1. Rappel des équations de Maxwell. Calcul du champ induit par un courant électrique et du courant électrique produit par un champ variable. Application à l’induction dans la Terre.
      2. Le champ actuel : observations et modèles. Harmoniques sphériques. Décomposition du champ magnétique en champ interne et champ externe. Spectre du champ et origines : le champ externe, le champ crustal (rémanent et induit) et le champ nucléaire. Prolongement vers le haut ou le bas. Le rayon du noyau vu par le spectre du champ.
      3. Évolution temporelle du champ. Évolution récente : la variation séculaire. Secousses géomagnétiques. Évolution à long terme : paléomagnétisme. Inversions. Hypothèse du dipôle axial centré. Champ d’un dipôle, relation latitude-inclinaison. Applications à la tectonique des plaques : ouverture des océans et mouvement en latitude des continents.

Pesanteur et forme de la Terre :

      1. La gravité et son potentiel : Le champ et le potentiel de gravité. Définitions du champ de gravité. Théorème de Gauss
      2. Forme de la Terre ̶ sphérique, ellipsoïdale, patatoïdale ̶ et pesanteur : La rotondité de la Terre : mesure, pourquoi, limite de sphéricité. La force centrifuge. La pesanteur, le potentiel. L’aplatissement. L’ellipsoïde de référence. Le géoïde. Notion d’altitude. Notion d’anomalies.
      3. Mesures de la pesanteur et de la forme de la Terre : Gravimètres, méthodes spatiales. Détermination du champ global, détermination du géoïde. Décomposition en harmoniques sphériques
      4. Interprétations des mesures. Isostasie : observations, interprétation. Mouvements verticaux, rebond post-glaciaire. Interprétations des modèles globaux de géoïde : convection. Résultats récents de CHAMP, GRACE, GOCE : hydrologie, niveau moyen de mers, séisme de Sumatra, rebond post-glaciaire.
      5. Compléments éventuels. Le théorème du moment cinétique, la rotation de la Terre et son application au système Terre-Lune.