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La terre agit comme un énorme aimant  sphérique  et  est  entouré  d’un champ magnétique appelé champ magnétique terrestre ou  champ  géomagnétique. Le champ magnétique terrestre  ressemble  au  champ  d’un  aimant  dipolaire (aimant avec des pôles N et S aux extrémités) situé au centre  de  la  terre et incliné approximativement de 11° par rapport de l’axe de rotation  de  la terre. Cette représentation est  trop  simple  car   le  champ  observé  est beaucoup plus complexe et varie non seulement dans l’espace  mais  également dans le temps. En chaque point le champ géomagnétique  est  caractérisé  par sa direction et son intensité.

Oui, le champ varie d’un endroit à l’autre d’une manière irrégulière ce  qui nécessite des mesures  en  de  nombreux  endroits  pour  obtenir  une  image satisfaisante  de  sa  distribution  géographique.   Cela  est  fait  en  le mesurant dans environ 200 observatoires magnétiques  opérationnels  sur  les continents,  complétés par de mesures sur les  océans  et  des  mesures  par satellite.

Les pôles  magnétiques  sont  définis  par  les  endroits  ou  une  aiguille aimantée librement  suspendue  s’oriente  verticalement,  autrement  dit  ou l’inclinaison du champ est 90°.  Ces endroits sont  difficiles à  déterminer parce que les pôles magnétiques ne sont  pas fixes  mais  se  déplacent   de plusieurs centaines de kilomètres à cause de la variation  diurne  du  champ et d’avantage encore  pendant  des  orages  magnétiques.   Des  observations
récentes en 1990 par  le  Canadian  Geological  Survey  et  le  U.S.   Naval Oceanographic Office les situent à :

L’équateur magnétique est l’ensemble des points où l’inclinaison I est  zéro et où la  composante  verticale  V  du  champ  est  nulle.  Contrairement  à l’équateur géographique, l’équateur magnétique est irrégulier et  n’est  pas fixe.  Au  nord  de  l’équateur  magnétique  l’extrémité  nord  d’un  aimant suspendu librement plonge en dessous du plan horizontal  local  et  I  et  V sont comptés positives. Au sud de l’équateur magnétique l’extrémité  sud  de l’aimant plonge en dessous du  plan  horizontal  et  I  et  V  sont  comptés négatives.

La connaissance de la déclinaison du champ de   l’endroit  pour  la  période concernée (contacter le Centre de Physique du Globe de  l’IRM  ou  consulter cartes de la déclinaison ou cartes topographiques) permet  de  convertir  la lecture  en  azimut  vrai.   L’azimut  vrai  est  obtenu  en   ajoutant   la déclinaison  à  la  lecture  (ou  azimut   magnétique)    en   suivant   les conventions :  déclinaison  en  degrés  W  ou  négative,  déclinaison  E  ou positive). Quand la déclinaison n’est pas connue pour la période  concernée, mais pour une autre période, une correction en se basant  sur  la  variation séculaire est nécessaire (contacter le Centre de Physique du Globe de  l’IRM ou consulter cartes de la variation séculaire de la  déclinaison  ou  cartes topographiques). On peut aussi (décliner( la boussole, c’est  à  dire  faire une visée à la boussole  dans  une  direction  d’azimut  géographique  connu (selon une route rectiligne ou d’un point connu vers un repère figurant  sur la carte). On peut ainsi déterminer la correction à  apporter  aux  lectures de la boussole.

Le champ magnétique varie dans le temps. Le spectre des variations est  très large  et  s’étend   de  fractions  de  seconde  jusqu’à  quelques  millions d’années.  On distingue les  variations  d’origine  interne  des  variations d’origine externe.   La  variation  diurne,  saisonnière  et  annuelle  sont d’origine externe et trouvent  leur  origine  dans  l'activité  solaire.  Le soleil  émet  des  particules  et  des  radiations ;  elles  provoquent  des ionisations  dans  l’ionosphère   qui  donnent  naissance  à   des  courants électriques accompagnés de champs  magnétiques.  La  plus  grande  cyclicité d’origine externe connue est d’environ  11  ans  liée  à  la  cyclicité  des tâches solaires.  Les variations d’origine interne ont  des  périodes   plus longues allant de quelques années à des millions d’années.  On  appelle  par définition les variations du champ principal d’origine interne la  variation séculaire. Pour des raisons pratiques  on  appelle  variation  séculaire  la variation  d’une  année  à  l’autre.   Cette  variation   n’est   donc   pas complètement  d’origine  interne  mais  contient   encore  des   composantes  d’origine externe.

Bien  que  l’on  observe  une   décroissance   de   l’intensité   du   champ géomagnétique on ne peut affirmer  que  le  champ  s’inversera  bientôt.   A partir  des mesures de l’intensité depuis le milieu du 19e  siècle  certains chercheurs estiment que le moment magnétique  dipolaire du champ  s’annulera dans environ 1300 ans.   Mais  la  valeur  actuelle  du  moment  dipôle  est toujours plus importante qu’elle  ne  l’a  été  pour  la  plupart  du  temps pendant les dernières 50.000 années et la tendance à  la  décroissance  peut basculer à n’importe quel moment. Même si le champ  commence  à  s’inverser, il faudra quelques milliers d’années pour qu’il s’inverse  complètement.  Le champ ne  s'annule pas entièrement lors d’une inversion  mais  il  est  plus faible  que  normalement,  avec  probablement  des  pôles   multiples.    La navigation à l’aide  d’une  boussole  magnétique  serait  difficile  et  les animaux  migratoires  pourraient   rencontrer   quelques   problèmes.    Les inversions sont bien connues et bien datées pour  les  5  derniers  millions d’années à partir de mesures paléomagnétiques et des  datations  absolues; la dernière inversion a eu lieu il y a 780.000 années. Il est  possible,  et même probable, que des inversions de courte durée se soit produites depuis.

Le champ géomagnétique  trouve son siège  dans le noyau externe  liquide  de la terre. L'hypothèse la plus probable,  généralement  admise  actuellement, est que le champ géomagnétique est  généré par interaction  entre  un  champ magnétique et le  mouvement  du   liquide  dans  le  noyau  externe.   Cette hypothèse a été formulée  par  une  théorie  que  l'on  appelle  la  théorie dynamo. La séismologie nous a appris que le noyau externe  de  la  terre  se comporte comme un liquide. Ce liquide est un conducteur électrique et  quand il est en mouvement dans un  champ  magnétique  (champ  interplanétaire  par exemple) des courants électriques prennent naissance accompagnés d'un  champ magnétique. A cause  de  la  résistance  ohmique  ces  courants  décroissent rapidement et ont donc une durée de vie relativement petite.  Il  doit  donc exister un mécanisme de régénération des courants électriques qui  maintient le champ. Un des ces mécanismes est une dynamo auto-excitée.

Les terres cuites contiennent des minéraux magnétiques  (principalement  des oxydes de fer) qui sont porteurs d’une aimantation  rémanente.  Lors  de  la cuisson, quand une température suffisante (température de Curie ou de  Néel) est atteinte, cette rémanence disparaît. Pendant  le  refroidissement,  sous cette température critique, une nouvelle aimantation  rémanente  guidée  par le champ magnétique ambiant apparaît.  Cette aimantation rémanente est  donc un enregistrement du champ pendant le refroidissement.

Le théodolite permet de  déterminer  avec  précision  l’azimut  géographique d'une direction repère en mesurant la hauteur ou la  distance  zénithale  du soleil à un instant donné et donc de  placer l'échantillon directement  dans le référentiel  géographique  par  rapport  auquel  on  veut  connaître  les directions du champ ancien. La boussole est moins fiable pour  l'orientation de roches et de terres cuites fortement aimantées en  plus il faut  corriger la direction trouvée pour la déclinaison magnétique locale, et la  direction peut être entachée  d’erreurs  dues  à  des  anomalies  magnétiques  locales (géologiques ou  causées  par  la  présence  de  masses  métalliques  ou  de courants électriques à proximité du site).

La précision de la datation archéomagnétique dépend de  nombreux  facteurs: fidélité de l’enregistrement dans les terres cuites, absence de  déplacement de la structure, taux de variation du champ magnétique terrestre,  précision des diagrammes de référence qui dépend  elle-même  de  la  précision  de  la datation des terres cuites  sur  lesquels  ils  sont  basés.  Dans  les  cas favorables on peut atteindre une précision de 25 ans.