dimanche 6 février 2011

I. Caractérisation du champ magnétique terrestre.

  Un champ magnétique est un champ vectoriel ayant une direction, un sens et une valeur, il s’exprime en Teslas de symbole (T). Il est la résultante de ses composantes verticale ( V)et horizontale(H), ainsi on écrit := H + V.




 
 
  Le champ magnétique terrestre est généré par les mouvements de fer liquide se produisant dans la partie externe du noyau de la Terre (celui-ci est en effet composé à 80% de fer). Les températures  régnant  dans le noyau étant élevées, le fer perd sa capacité d'agir comme un aimant permanent. L’effet de  dynamo, c'est à dire la production d'un champ magnétique constamment maintenu par un courant électrique circulant dans le noyau, est alors nécessaire. Un champ magnétique primordial ou initial (solaire, interplanétaire, galactique) a peut-être été nécessaire au début des processus. Le champ magnétique terrestre se comporte comme un dipôle magnétique dont les pôles sont situés à proximité des pôles géographiques. Son intensité est faible, elle est d’environ 50 µT. On remarque que le Nord magnétique n’est pas confondu avec le Nord géographique  cependant il s’en rapproche à raison de 40 km par an.
Ainsi la polarité du champ magnétique terrestre s’inverse périodiquement, au cours des temps géologiques il s’est inversé 23 fois en 5 millions d’années.  Aux dernières nouvelles,  les pôles magnétiques se situeraient à 11,5° des pôles de rotation (pôles géographiques) de la Terre : l’un au nord-ouest du Canada (pôle arctique) et l'autre dans le sud de l'océan indien (pôle antarctique).






Les lignes de force du champ quittent le sol perpendiculairement au pôle Antarctique puis s’incurvent autour de la Terre pour y rentrer perpendiculairement au pôle Arctique. (Elles sont  déformées par le vent solaire ce qui leur donne une forme moins circulaire ; le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont éjectés de la haute atmosphère du Soleil. Ce flux varie en vitesse et en température au cours du temps en fonction de l'activité solaire.)




 





L’instrument utilisé pour mesurer l’inclinaison magnétique est appelé boussole d’inclinaison (représentée ci-contre) : elle permet de mesurer l'angle que fait une aiguille aimantée avec l'horizontale alors que cette aiguille est dans le plan du méridien magnétique.
La boussole d’inclinaison est composée d’une aiguille aimantée mobile autour d'un axe horizontal devant un cadran circulaire, vertical, gradué en degrés.
Il suffit d'orienter le cadran circulaire vertical dans la direction sud-nord. La position de l'aiguille donne alors la valeur de l'inclinaison magnétique.








L’ensemble des lignes du champ magnétique  forment la magnétosphère : la région dans laquelle les phénomènes physiques sont dominés ou organisés par son champ magnétique ; elle se situe au dessus de l’ionosphère soit  entre 800 et 1000 kilomètres d’altitude.  Mais elle se fait encore ressentir à plusieurs dizaines de milliers de kilomètres de la Terre.







Nous réalisons deux expériences afin d’illustrer la façon dont les oiseaux se déplacent par rapport aux lignes du champ magnétique terrestre :

1)      Lors de la première expérience menée, nous mettons en évidence les lignes de champ magnétique.
Nous disposons du matériel suivant :
une plaque de verre
un peu de limaille de fer
un aimant droit
et un tamis.




On place l’aimant en-dessous de la plaque.





                  
                   On saupoudre alors sur celle-ci de la limaille de fer à l’aide d’un tamis.






On observe alors que la limaille de fer s’organise selon les lignes de champ générées par l’aimant.



2)      Lors de la seconde expérience, nous modélisons l’orientation des oiseaux par rapport aux lignes de champ.
Nous conservons le même matériel et la même disposition de celui-ci, mais nous utilisons des boussoles qui vont symboliser  les oiseaux.
Nous disposons les boussoles sur la plaque, sur les lignes de champs.
Nous observons que leurs aiguilles sont tangentes aux lignes de champ qui s’orientent du Nord vers le Sud.



Lors de cette expérience, l’aimant représente la Terre. La limaille de fer a permis de modéliser les lignes de champ autour de l’aimant, comme les lignes de champ sont en réalité autour de la Terre.
Nous voyons, d’après cette expérience, que l’aiguille de la boussole, composée de magnétite s’oriente tangentiellement aux lignes de champ. La magnétite contenue dans le bec des oiseaux devrait donc s’orienter de la même manière que celle des aiguilles des boussoles comme le montre l’image ci-dessous.


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