Mission à la limite du possible

Dans le cadre de page externeswarm trois satellites identiques, équipés d'instruments de mesure, sont lancés dans l'espace. Leur mission est de mesurer avec précision le champ magnétique terrestre. L'Agence spatiale européenne (ESA) a chargé un consortium de six institutions de recherche d'évaluer et de traiter les données de SWARM afin qu'elles soient mises à la libre décision de la communauté scientifique. Un groupe de recherche de l'ETH Zurich, dirigé par le professeur Andrew Jackson de l'Institut de géophysique, joue un r?le important au sein du consortium SWARM. Dans un entretien avec Actualités ETH, il a expliqué les t?ches et les objectifs du projet.

Actualités ETH : Aujourd'hui à midi, SWARM sera lancé en orbite terrestre depuis le centre spatial russe de Plessetsk. Quel est le r?le de votre groupe de recherche dans ce projet ?
Andy Jackson : L'équipe de l'ETH est chargée de déterminer la répartition de la conductivité électrique du manteau terrestre à partir des données. Cela est possible parce que le vent solaire influence la Terre de telle sorte que le champ magnétique terrestre varie dans le temps. Ces variations génèrent de faibles courants électriques à l'intérieur du manteau terrestre, qui peuvent être mesurés à la fois à la surface de la Terre et depuis des satellites. Les échelles de temps en jeu ici permettent d'effectuer des mesures jusqu'à environ 1000 kilomètres de profondeur dans le manteau. A la pointe de nos travaux, notamment ceux du chef de groupe Alexey Kuvshinov, se trouve la volonté d'obtenir depuis l'espace une image tridimensionnelle des variations de la conductivité électrique du manteau. Cela ressemble à un scanner médical du cerveau. Comme personne ne l'a encore jamais fait, ce projet est à la limite de ce qui est scientifiquement possible. Une telle image nous aiderait toutefois à mieux comprendre les mouvements de convection dans le manteau terrestre, responsables de la tectonique des plaques.

Que mesurent exactement les satellites ?
Les satellites sont équipés de nombreux instruments. Parmi eux, les magnétomètres à trois composantes, qui sont essentiels pour notre travail. L'équipement comprend également des accéléromètres sensibles au champ gravitationnel de la Terre, des appareils de mesure du champ de force de l'environnement spatial, des récepteurs GPS et des réflecteurs pour l'orientation précise ainsi que des star trackers de haute précision pour l'orientation.

Les minéraux magnétisables, par exemple dans la lave en cours de refroidissement, s'alignent sur le champ magnétique terrestre comme des aiguilles de boussole. Gr?ce à ces roches, nous savons que le champ magnétique terrestre a d? changer de direction en moyenne tous les 200'000 à 300'000 ans au cours des 200 millions d'années passées. Or, cela ne s'est plus produit depuis 780 000 ans. Espérez-vous que SWARM vous fournira une explication à ce sujet ?
En raison de la différence entre l'échelle de temps de la mission - quatre ans - et la grande période sur laquelle se produisent les inversions de p?les, il est très peu probable que nous puissions contribuer à cette discussion. Les inversions de p?les durent entre 5000 et 10'000 ans, comme le montrent de nombreux échantillons de sédiments prélevés au fond de l'océan - les couches de sédiments enregistrent les modifications du champ magnétique au fil du temps.

Quelles sont les autres grandes questions auxquelles on souhaite répondre à l'aide du projet SWARM ?
En raison de la très grande précision de la mission, nous nous attendons à ce que les variations temporelles du champ magnétique puissent être enregistrées avec plus de précision que jamais auparavant. Celles-ci sont étroitement liées aux mouvements du fer liquide tout en haut du noyau terrestre. Ces mouvements font partie des mouvements de convection qui sont responsables de ce que l'on appelle "l'effet dynamo". C'est le processus par lequel - selon la loi de Faraday - l'énergie est transformée en mouvement, puis en champs magnétiques. Notre capacité à observer ces mouvements à petite échelle et de manière plus détaillée est fortement améliorée gr?ce à la géométrie et aux propriétés de la constellation de la mission. Il est particulièrement intéressant de noter que les propriétés d'écoulement des mouvements de convection peuvent changer très rapidement en quelques années.

Le champ magnétique terrestre est aussi un bouclier protecteur autour de la Terre, qui protège la vie des rayons cosmiques par exemple. Au cours des 150 dernières années, le champ magnétique terrestre s'est affaibli de 10 %. Est-ce un signe que celui-ci est en train de changer de polarité ?
C'est une question qui revient souvent et à laquelle il est difficile de répondre. Au sommet du noyau terrestre, sous l'Amérique du Sud, se trouve une grande zone de flux magnétique dont la polarité est inversée par rapport à celle attendue dans cet hémisphère. Nous appelons cette particularité un "reverse-flux patch". Le mouvement et peut-être la croissance de cette zone sont probablement liés à l'affaiblissement du champ magnétique terrestre. Ils sont certainement responsables d'une zone de champ particulièrement faible au large des c?tes du Brésil, appelée anomalie de l'Atlantique Sud. Celle-ci a des répercussions sur la technique, car la faiblesse du champ affaiblit également la protection contre le rayonnement solaire : dans cette zone, de nombreux satellites en orbite terrestre basse ont par exemple subi des dommages dus au rayonnement. La mission SWARM va maintenant nous aider à suivre de près l'évolution de cette zone. Nous ne savons certes que très peu de choses sur le mécanisme des inversions de p?les, mais il n'est pas impensable que cette zone soit effectivement le signe avant-coureur d'une inversion. Si la tendance actuelle se poursuit, elle ne conduirait malgré tout à un renversement que dans 1000 à 2000 ans environ.

Nous aimerions savoir quand et si une inversion des p?les a lieu, bien que nous ne puissions en fait rien y faire. Ou la recherche a-t-elle des idées ?
Il n'y a vraiment rien que nous puissions faire - le noyau terrestre est un objet énorme avec des propriétés de génération de champ extraordinaires et inarrêtables.

Quelles seront les conséquences d'une telle phase d'inversion de polarité pour la vie sur Terre ?
Dans toute l'histoire de la Terre, il y a eu jusqu'à présent peu d'inversions de p?les et, d'après les fossiles, nous ne reconnaissons aucune influence sur la vie, que ce soit dans un sens positif ou négatif. Je tiens à souligner qu'au milieu d'une inversion, le champ ne dispara?t pas complètement, mais que sa force chute à environ 10 à 20 % de sa force actuelle. Il perd toutefois sa géométrie bipolaire, de sorte qu'il peut y avoir plusieurs p?les magnétiques. De nombreuses espèces animales utilisent le champ pour naviguer, c'est pourquoi on se demande souvent comment elles s'en sortiraient en cas d'inversion. Il ne faut pas oublier que les animaux doivent constamment réajuster leur boussole magnétique pour s'adapter aux changements progressifs du champ magnétique qui se produisent au fil des siècles. Comme les inversions se produisent relativement lentement - bien que ce soit assez rapide à l'échelle de temps de l'évolution biologique - les animaux pourraient probablement s'en accommoder. Mais comme il n'y a pas encore eu d'expérience directe à ce sujet, nous ne pouvons rien affirmer avec certitude !