Inversion champ magnétique.

[Thomas 0]

Bonjour à tous,

Avec des camarades de classe de première, nous faisons un TPE Svt/Maths (c.a.d. que notre sujet doit faire intervenir essentiellement la SVT et les maths, mais il peut aussi inclure un peu de physique...) sur l'inversion du champ magnétique terrestre.

Nous avons trouvé déjà pas mal de documents pour la partie SVT comme par exemple l'étude de la polarité des roches au niveau des dorsales qui témoignent des inversions de champ magnétique etc...

Par contre nous n'arrivons pas à incorporer les maths (à notre niveau de lycéen en tout cas !) sans traiter de physique directement. Je ne sais pas si je me fait comprendre ;-) ... Par exemple : nous avions pensé à l'aspect vectorielle des lignes de champ magnétique mais selon nos profs c'est de la physique. Nous avions aussi pensé aux probabilités qu'une inversion ait lieu mais ces phénomènes sont imprévisibles. Un inversion aurait également plein d'autres conséquences (perte du bouclier solaire, aurores polaires n'importe où, dérèglement des satellites et systèmes de mesure, réseaux électromagnétiques perturbés et j'en passe...) auxquelles nous n'arrivons pas introduire des maths. :-(

Alors j'ai décidé d'employer les grands moyens en m'adressant aux "pros" ;-) Peut-être quelqu'un sur ce forum aura t-il une idée. Sinon nous risquons de changer de sujet : ça serait quand même dommage.

@+ Thomas.

[Thomas 0]

Malheureusement, vous n'avez pas l'air plus inspiré que moi...

J'ai lu dans le sciences et avenir de juin 2003 que selon une étude scientifique, il existerait "une corrélation entre la disparition d'au moins six espèces et des inversions magnétiques par le passé." A tout hasard, quelqu'un aurait-il entendu parler de cette étude ?

[Nolston D.-M. 102]

Sans vouloir te décourager, je te propose un petit challenge :
trouve un phénomène au monde, un seul, qui ne relève ni de la physique ni de la chimie. Bonne chance !

En fait j'ai l'impression que l'esprit sectaire de certains profs a encore frappé . Si les lignes magnétiques c'est de la physique et que leur inversion c'est de la SVT, alors que leur description c'est des maths, on n'a le droit de les étudier nulle part, c'est ça ??

Un conseil : tiens bon, serre les dents, à la fac on t'emm...ra moins !

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Frédéric Mallmann

[Thomas 0]

Oui Frédéric, c'est vrai que c'est un peu délicat de parler de l'inversion magnétique ou de tout autre phénomère sans avoir recourt à la physique.

> Mais bon, moi j'fais comment alors ? :-)

@ + Thomas

[Thomas 0]

J'en profite pour recycler mon post :

J'aimerais calculer la dose de radiation qu'absorberait un homme (en Sv) dans le cas où le champ géomagnétique s'inverserait sachant que :

-l'atmosphère ET la magnétosphère interviennent pour nous protéger des rayons cosmiques.
-l'intensité du champ magnétique représenterait 10 à 25 % du champ magnétique actuel en cas d'inversion.
-a elles seules,la magnétosphère et l'atmosphère divisent par plus de 4000 la dose que d'irradiation que nous devrions recevoir.
-aujourd'hui, la dose moyenne de radiations à laquelle nous sommes exposés à la surface de la Terre est de 2 mSv, les particules cosmiques ne représentant que 10% de ce chiffre.
- ...

J'ai beaucoup de chiffres et je ne sais pas trop lesquels exploités. Quelqu'un pourrait-il m'aider dans le choix des données ?

[astrom@tthieu 0]

Si j'ai bien compris ... il manque une donnée : la contribution actuelle de la magnétosphère par rapport à l'atmosphère dans le filtrage des radiations

[croqueurdos 0]

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Mon p'tit site perso dédié...astronomie bien sûr ! :
http://www.cielastro.fr.st

[Thomas 0]

Oui astromatthieu c'est exactement ça ! (j'arrive enfin à me faire comprendre...

[astrom@tthieu 0]

pourquoi ? personne ne te comprends d'habitude ?

[Thomas 0]

Oui, j'ai tendance à être un peu confus quand j'essaie de m'expliquer. Le fait que l'on comprenne ce que dise c'est déjà ça de gagné.
En fait j'ai une nouvelle donnée qui me permettrait de faire une approximation de l'influence de la magnétosphère : je sais qu"au 3/4 de l'atmosphère, soit à 10 km d'altitude, la dose de radiation reçue est multipliée par 100" par rapport au sol. A partir de là, je néglige le "quart restant" (d'où l'approximation) et j'en déduis l'influence de la magnétosphère, puisque je rappelle qu'en "dehors" de la magnétosphère, la dose est multipliée par 4000. Le problème est de savoir si j'ai le droit de négliger le "quart restant" ; après tout, plus on monte moins il y a d'atomes (?)
L'ordre de grandeur est 800 msV, quand l'intensité du champ magnétique représente 17,5 % de ce qu'il est aujourd'hui, ce qui est je pense cohérent.

[astrom@tthieu 0]

euh oui, plus on monte moins il y a d'atomes, mais au delà de 10km il y a des couches d'atmosphère comme l'ionosphère et la couche d'ozone qui ont peut-être un effet différent sur les rayons cosmiques que le reste de l'atmosphère ...

[astrom@tthieu 0]

Je viens de faire les calculs et je trouve pas du tout la même chose que toi ... :

"aujourd'hui, la dose moyenne de radiations à laquelle nous sommes exposés à la surface de la Terre est de 2 mSv, les particules cosmiques ne représentant que 10% de ce chiffre."

=> 0.2mSv sont dus aux particules cosmiques

d'où la quantité radiations à laquelle nous sommes exposés dans l'espace : 4000 * 0.2 = 800msV (c'est ce que donne ton calcul :/)

Si on néglige le dernier quart, l'atmosphère divise par 100 la quantité de radiation, la magnétosphère la divise donc par 40.

la magnétosphère atténuée à 17.5% de sa valeur actuelle diviserai par 7 la quantité de radiation : au final, l'atmosphère+magnétosphère divise celle-ci par 700.

Au final on trouve : 0.2*4000/700=1.14mSv auxquels on ajoute les 1.8mSv d'origine autre : on obtient environ 3mSv soit une fois et demi la valeur actuelle.

Voilà j'espère que je me suis pas planté ...

M@tthieu

[Thomas 0]

Effectivement ton raisonnement est parfait. Pourtant, la valeur me parait très faible : j'ai sous les yeux la correspondance entre la dose de radiation absorbée et les effets : Une dose de 3 mSv/an c'est même pas ce qu'aborbe les travailleurs du nucléaires (20 mSv) alors que j'ai lu qu'une inversion du champ magnétique délencherait mutations monstrueuses, cancers et autres catastrophes...
En plus, je ne sais pas ce que tu en penses, mais ça me parait bizarre qu'une quasi-perte du champ magnétique ne double seulement la dose de radiations : nous serons quand même exposés au rayons cosmiques, aux ions lourds et autres vents solaires ! A mon avis, l'atmosphère et la magnétosphère captent chacunes des particules différentes. Si c'est le cas je peux dire adieu à mon calcul.
Voici quand même mon raisonnement :

Au sol, nous recevons 0,245 mSv d'origine cosmique. Donc au dehors de la magnétosphère, nous recevons 4000*0.245=980 mSv.
Or à la "frontière" de l'atmosphère, nous recevons 100*0.245=24,5 mSv. La magnétosphère arrête donc aujourd'hui 980-24.5=955,5 mSv(mon erreur doit être là ?)
Si lors de l'inversion, l'intensité n'est que de 17,5% de ce qu'elle est normalement, alors magnétosphère+atmosphère captent 17,5*955,5/100=167 mSv
Il arrive donc au sol 955 - 167 = 788 mSv

En tout cas, merci beaucoup de ton aide Matthieu.

[astrom@tthieu 0]

Mon raisonnement parfait ? oula je n'irai pas jusque là

Ou as tu lu ces prédictions de fin du monde ? une revue sérieuse ?
Sinon ce que j'en pense c'est effectivement que l'augmentation des radiations est relativement faible, mais comme tu le dis l'atmosphère et la magnétosphère ne vont pas stopper les mêmes particules : la magnétosphère ne va avoir un effet que sur les particules chargées en provenance du soleil, mais à priori sera inefficace pour nous protéger des rayons cosmiques. D'ailleurs les rayons cosmiques, je me demande même si l'atmosphère les arrête ... à vérifier
Pour ton calcul, c'est pas forcément perdu : il faut chercher les différents types de particules & rayonnements ainsi que l'effet de l'atmosphère et de la magnétosphère sur chacun d'eux ... bon evidemment ce sera plus compliqué, et ça fait pas mal de choses à chercher ...

Dans le calcul que tu as fait, tu as considéré que l'atmosphère filtrait une quantité constante de rayonnement alors que j'ai considéré qu'elle en filtrait une quantité proportionelle à celle reçue ... aucun de nous deux n'a juste, ça doit être plus compliqué que ça. Je verrais bien une fonction du type A(1 - exponentielle) encore que ...

De rien pour l'aide si tu as encore d'autres calculs à faire n'hésite pas

@+

[Thomas 0]

Oui une revue plutôt sérieuse je crois. Voici un passage.
"A terme les tempêtes magnétiques deviendront le quotidien des terriens, et des arcs électriques s'abbatront sur eux fauchant des vies humaines sous des cieux éblouissants. Peu à peu, les rayonnements cosmiques de plusieurs dizaines de milliards d'électrons - volts, d'origine solaire mais aussi galactique, entraineront des mutations monstrueuses" etc etc...
Non non, ce n'est pas un article extrait de Gala mais de Sciences et avenir.
Du coup, je relance l'appel à l'aide du début de ce post, à savoir trouver des maths dans mon TPE.

[astrom@tthieu 0]

oula c'est pas plutôt un extrait de l'apocalypse ?

Sinon je ne vois toujours pas comment intégrer des maths presque sans physique dans ton TPE. Ton idée n'étais pas trop mal, bien que je trouve que ce soit de la physique, mais si j'ai bien compris ce sont les profs qui décident

Bon allez , une tentative quand même (à soumettre à la censure pour voir si c'est pas trop physique) : étude de l'évolution du champ magnétique pendant une inversion, le temps que ça met à changer, l'évolution de l'intensité du champ, temps de retour à la valeur actuelle etc... ça irait ?

[Thomas 0]

Moui, ce n'est pas une mauvaise idée. Par contre les inversions sont difficiles à étudier parce qu'elles sont, d'après ce que j'ai compris, complètement aléatoire. J' avais pensé à ça mais je trouvais que la dose de radation c'était plus... "marrant" .
Par exemple, j'avais pensé calculer, si nous étions en phase d'inversion, dans combien de temps l'intensité du champ magnétique serait au plus bas (10 à 25 % de l'actuelle), à l'aide du graphe suivant.

D'ailleurs, je trouve que cela ressemble à une fonction du style f(x)=abs(x)... non ?

[astrom@tthieu 0]

bah c'est pas définivement perdu pour le calcul des radiations, juste un peu plus complexe.

Sinon oui tu pourrais te servir de données sur les précédentes inversions pour faire des calculs dessus. Si je lis bien de graphique, on serait plutôt dans une phase d'augmentation de l'intensité du bouclier magnétique ? (ouf ) Et la dernière inversion il y a presque 800 000 ans ? Il faudrait (si possible) avoir un graphe sur une plus longue période pour se baser sur plusieurs inversions, ça serait plus crédible.

Pour f(x)=abs(x) localement oui, mais elle est encore plus affreuse que ça ... je dirais plutôt f(x)=rand(x)

[Thomas 0]

Euh oui bien sur random(x) !!! il est temps que j'aille me coucher moi ! Sans blague, est-ce que je peux faire un rapprochement entre les deux courbes ?
En réalité, j'ai une courbe plus récente qui montre que l'intensité du champ magnétique est en pleine baisse : voici >

Mais bon, cela ne veut rien dire
Merci (encore) de ton aide !

[astrom@tthieu 0]

Je pense que tu peux en parler, mais bon tout ce que tu peux en tirer c'est que l'évolution du champ magnétique semble assez aléatoire. Ce que tu peux faire par contre, c'est comparer la vitesse chute actuelle à la vitesse de chute lors des autres inversions. ça veut pas dire grand chose mais si ça correspond à peu près, ça peut être sympa

No problem pour l'aide, le forum est fait pour ça

[Thomas 0]

J'ai une nouvelle question : Qu'est-ce que le moment du dipôle géomagnétique (c'est la valeur mise en ordonnée sur les graphs plus haut) ? D'après ce que j'avais cru comprendre, c'est globalement l'intensité du champ magnétique... Si c'est cela, comment se fait-il que la courbe ci-dessous passe par 0, alors que même pendant une inversion du champ magnétique terrestre, la valeur de l'intensité du champ n'est pas nulle ?!

[astrom@tthieu 0]

Le champ magnétique et le moment du dipole magnétique sont liés : le champ magnétique dépend de la valeur du moment du dipole magnétique ainsi que du point où tu veux calculer ce champ (je dois avoir la formule si ça t'intéresse).

Par contre si le moment est nul, le champ est nul ... donc pour ta question euh ... je pense que c'est la projection sur un axe (l'axe de rotation de la terre par exemple) du vecteur dipole magnétique. Là la valeur pourrait s'annuler lorsque l'axe du champ magnétique se situerai quelque part sur l'équateur. ça expliquerai aussi qu'il puisse prendre des valeurs négatives

[Thomas 0]

Oui, si ça te dérange pas je veux bien cette formule : ça peut toujours me servir Par contre euh... "concrètement" c'est quoi alors le moment du dipôle... ?

[astrom@tthieu 0]

Bon euh voilà la formule, mais elle risque de te paraitre quelque peu ésotérique si tu es en première :

Ce n'est pas vraiment évident de comprendre concrètement ce qu'est le moment du dipole magnétique. C'est un vecteur orienté du pôle sud au pôle nord pour un aimant (donc du pôle nord au pôle sud géographique pour la terre), dont la direction va donner l'orientation des lignes de champ et dont la norme va exprimer la "puissance" du dipole : le champ magnétique est proportionnel au moment (cf la formule ). En fait, l'intéret du moment magnétique est qu'il caractérise le dipole magnétique et a une valeur constante indépendante du point considéré, alors que le champ magnétique dépend lui d'où on se trouve par rapport au dipole.

voilà une représentation d'un moment magnétique et des lignes de champ correspondantes :

voilà @+