1. Le champ magnétique de la Terre

Objectif : découverte du champ magnétique de la Terre et création d'une boussole d'inclinaison.

La Terre est enveloppée par un champ magnétique.

Notre planète se comporte comme si un énorme aimant droit était positionné le long de son axe de rotation avec cependant une inclinaison de 11° par rapport à celui ci.

Les points où l'axe de l'aimant sortirait de la surface terrestre sont les pôles magnétiques. Ces pôles magnétiques sont différents des pôles géographiques, de plus ils se déplacent d'environ 8km par an, c'est la variation séculaire. Ainsi, le pôle Sud magnétique est situé actuellement à 2800 km du pôle Sud géographique, au large de la Terre Adélie, alors qu'en 1909 Douglas Mawson l'a trouvé en Terre Victoria sur la calotte polaire.

Bien entendu l'aimant est une image.

Bien que l'on n'en soit pas complètement certain, on pense aujourd'hui que ce champ magnétique est créé par le mouvement de nickel et de fer dans le noyau externe de notre planète (la couche de matière en fusion située entre 2 800 et 5 000 km sous l'écorce terrestre).

Visualisation des lignes d'un champ magnétique

Visualiser un champ magnétique sensiblement analogue à celui de la Terre.

Matériel nécessaire

  • un aimant droit

  • un papier à dessin fort

  • de la limaille de fer

Marche à suivre :

Les particules de limaille de fer se disposent le long des lignes du champ magnétique qui sont alors visualisées.

On peut observer que les lignes de champ sont courbes le long du barreau et presque verticales aux deux pôles de l'aimant.

Pour un observateur à n'importe quel point de la planète, le champ magnétique a deux composantes.

L'une, est la direction des lignes du champ magnétique que nous donne une boussole classique en indiquant le Nord. Il faut noter que cette boussole n'indique pas le nord géographique mais magnétique, l'angle entre les deux est la déclinaison, il varie au cours du temps.

L'autre, est l'inclinaison des lignes de champ par rapport à l'horizontale. Elle dépend de l'endroit où on se positionne sur le globe et on la mesure avec une aiguille aimantée tournant sur un axe horizontal. On appelle cela une boussole d'inclinaison et c'est ce que nous allons construire.

La boussole d'inclinaison

Construction d'une boussole d'inclinaison et comparaison des résultats entre les classes et l'Antarctique.

Matériel nécessaire

  • un aimant

  • une boussole classique

  • 3 aiguilles, dont au moins 2 en acier

  • 2 grands verres

  • un morceau de polystyrène expansé

  • un rapporteur

 

Marche à suivre :

  • Tout d'abord créer des aiguilles aimantées. Pour cela frotter suffisamment longtemps deux aiguilles en acier sur un aimant, les aiguilles sont alors momentanément magnétiques. Leur force d'attraction doit être assez forte.

  • Planter les aiguilles aux deux extrémités du morceau de polystyrène.

  • Planter une aiguille non aimantée en travers du polystyrène.

  • Placer le tout en équilibre entre deux verres. Il faut que l'équilibre soit parfait, pour cela au besoin déplacer les aiguilles ou tailler le polystyrène.

  • Faire pivoter le balancier dans la direction Nord-Sud que l'on obtient à l'aide de la boussole.

Nous venons de créer une boussole d'inclinaison. Le balancier va se pencher en oblique vers le Nord car il se place parallèlement aux lignes magnétiques qui entourent la Terre d'un pôle à l'autre. L'inclinaison du balancier par rapport à l'horizontale est la mesure que nous cherchons, elle sera prise à l'aide du rapporteur.

Selon l'endroit où l'on se trouve sur la planète cet angle est différent, il est d'environ 65° en Europe, il est de 90° au pôle Sud magnétique (aiguille verticale). Au camp de base de l'expédition il sera proche de la verticale.

Cette expérience sera réalisée au camp de base et dans les classes, tous les résultats seront comparés.

De plus, au camp de base de l'expédition, on pourra observer si la boussole classique est perturbée par la proximité relative du pôle Sud magnétique.