La formation par la recherche

Intitulé de la thèse : Flux de chaleur hétérogène dans des simulations de convection mantellique : impact sur la géodynamo et les inversions magnétiques

Le champ magnétique terrestre est généré depuis des milliards d'années dans le noyau de la Terre, une enveloppe constituée principalement de fer liquide située entre 2890 km et 5200 km de profondeur. Au sein de ce noyau, les écoulements du fer liquide entretiennent ce champ magnétique par un effet dynamo. Les enregistrements du champ magnétique passé dans les roches montrent que ce champ magnétique a varié en intensité et en géométrie au cours des temps géologiques et que les pôles magnétiques s'inversent à une fréquence ayant fortement varié. Durant cette thèse, nous nous sommes intéressés à un des mécanismes pouvant expliquer ces variations du champ magnétique, reposant sur les changements de conditions thermiques entre le noyau et le manteau terrestre, situé au-dessus du noyau. Plus précisément, nous nous sommes intéressés aux hétérogénéités dans le transfert de chaleur entre le noyau et le manteau. Ces hétérogénéités affectent les écoulements dans le noyau, pouvant en retour modifier le champ magnétique.
Afin de déterminer quelles pourraient être des conditions thermiques réalistes entre le noyau et le manteau, nous avons exploité des modèles numériques récents de convection mantellique. Ces conditions thermiques peuvent être extraites sous la forme de cartes de température à l'interface noyau-manteau. Une contribution importante de cette thèse a été de corriger dans ces modèles la dérive vraie du pôle, correspondant à des rotations globales du manteau terrestre par rapport à l'axe de rotation de la Terre. Cette correction est importante à effectuer, car cela peut redistribuer les zones "chaudes" ou "froides" au-dessus du noyau entre l'équateur et les pôles, modifiant l'effet attendu sur les écoulements dans le noyau.

Nous avons aussi utilisé des modèles numériques reproduisant les écoulements dans le noyau ainsi que le champ magnétique pour étudier l'effet de conditions thermiques hétérogènes au sommet du noyau sur les inversions magnétiques. Nous avons pour cela utilisé des modèles numériques atteignant des conditions plus proches de celles attendues dans le noyau terrestre que les simulations réalisées précédemment. Ces simulations nous ont permis de montrer que les inversions magnétiques sont favorisées par un manteau plus froid à l'équateur qu'aux pôles, ou lorsqu'un hémisphère nord ou sud est plus chaud que l'autre.
Ces résultats permettent de mieux comprendre les inversions magnétiques et les processus pouvant affecter la probabilité d'occurrence de ces inversions. Plus généralement, cette thèse contribue à une compréhension plus complète des variations du champ magnétique terrestre, qui joue un rôle majeur sur Terre en déviant les particules du vent solaire, mais aussi dans les technologies modernes de navigation.

Mots clés : Géomagnétisme, Géodynamique, Géophysique, Dynamique de la Terre profonde, Inversions magnétiques

École doctorale : ED STEP - Sciences de la Terre, de l’Environnement et des Planètes
Laboratoire d’accueil : Institut des Sciences de la Terre (ISTerre - UGA/CNRS/USMB/IRD/UGE)
Direction de thèse : Henri-Claude NATAF et Stéphane LABROSSE

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