Le champ magnétique de la Terre s'inverse plus souvent qu'on ne le pensait

Yves Gallet se tient en équilibre sur une pente escarpée du nord-est de la Sibérie, le paysage vallonné qui s'étale sous ses pieds est traversé par les eaux paisibles d'une rivière bleu turquoise. Ce n'est toutefois pas ce que Gallet contemple. Ce scientifique de l'Institut de physique du globe de Paris a les yeux rivés sur les roches avec un seul objectif en tête : déchiffrer l'histoire du champ magnétique terrestre, cette bulle protectrice qui se dresse entre la Terre et les radiations qui émergent en permanence du Soleil.

Sur les 4,6 milliards d'années d'existence de notre planète, son champ magnétique s'est régulièrement inversé, l'un des pôles magnétiques cédant sa place à l'autre, et certaines études suggèrent qu'une nouvelle permutation pourrait se profiler à l'horizon géologique. Bien qu'il serait excessif de craindre une apocalypse géomagnétique, une inversion du champ magnétique pourrait tout de même avoir diverses conséquences dommageables allant d'une exposition aux radiations plus intense à des perturbations technologiques, c'est pourquoi la compréhension de cette histoire magnétique dépasse la simple curiosité scientifique. (À lire : Les pôles magnétiques de la Terre vont s’inverser, mais nous survivrons.)

Gallet et ses collègues ont récemment découvert les traces d'un taux d'inversions du champ magnétique à l'intensité sans précédent. Au cours de cette période incroyablement chaotique que l'équipe de scientifiques a présenté en détails dans la revue Earth and Planetary Science Letters, la planète aurait enregistré 26 inversions de pôles tous les millions d'années, soit plus de cinq fois le taux observé ces 10 derniers millions d'années.

Ce résultat rejoint un ensemble grandissant de données qui suggèrent que le champ magnétique de la planète est capable de s'inverser bien plus fréquemment que les scientifiques n'osaient l'imaginer, déclare Joseph Meert, paléomagnétologue à l'université de Floride, non impliqué dans l'étude. De telles recherches permettent de combler peu à peu les lacunes de l'histoire magnétique terrestre et pourraient aider les scientifiques à mieux cerner le timing et les motifs de cette gymnastique géologique, voire même à déterminer les effets de ces anciennes périodes d'hyperactivité sur les premières formes de vie de la planète.

DES PÔLES INFATIGABLES

Le champ magnétique terrestre est alimenté par les mouvements de convection du fer et du nickel fondus que contient le noyau externe de notre planète, situé à environ 2 900 km sous la surface. Au fil des années, l'agitation du champ magnétique a été immortalisée par des minéraux riches en fer sensibles aux influences du magnétisme et susceptibles de s'immobiliser à mesure que se forment les roches sédimentaires ou que refroidit la lave, comme de minuscules compas figés dans le temps.

Selon cette chronique rocheuse, nos pôles n'ont pas échangé leur place depuis 780 000 ans mais auparavant, ils remuaient sans cesse et s'inversaient tous les 200 000 ans environ. On constate également de longues périodes au cours desquelles les pôles restaient à leur place, pendant 40 millions d'années par exemple durant le Jurassique, il y a environ 100 millions d'années.

À quelle vitesse s'effectuent ces inversions ? Pour chercher la réponse à cette question, Gallet et ses collègues se sont lancés dans un voyage à pied, en radeau et en hélicoptère qui les a menés sur des falaises instables témoins d'une période peu étudiée du Cambrien moyen, il y a 500 millions d'années. Les sables accumulés dans cette région ont été déposés dans ce qui était autrefois une mer chaude et peu profonde dont les minéraux magnétiques se sont figés à mesure que les sédiments se frayaient un chemin jusqu'au plancher océanique où ils ont peu à peu été compressés pour former de nouvelles couches rocheuses.

Gallet et ses collègues ont visité ce site pour la première fois au début des années 2000 pour y prélever 119 échantillons sur la surface rocheuse quasi-verticale. Ces premiers travaux leur ont permis de lever le voile sur une période du Cambrien moyen pendant laquelle le champ magnétique se serait inversé au moins six à huit fois par million d'années.

« Nous ne nous attendions pas un taux d'inversions aussi élevé, » témoigne Gallet par e-mail, en soulignant qu'à cette époque, un taux supérieur à quatre ou cinq inversions était considéré comme élevé. Face à une telle rapidité, Gallet et ses collègues n'arrivaient pas à se défaire d'un sentiment de suspicion, il leur fallait prélever davantage d'échantillons. À l'été 2016, ils sont donc retournés sur le site pour éclaircir l'affaire et ont prélevé 550 petits blocs de roche tous les 10 à 20 cm. Après avoir analysé les signatures magnétiques, il n'y avait plus de doute : sur les trois millions d'années enregistrés par leurs échantillons, ils avaient détecté 78 inversions, un chiffre astronomique.

« Nous nous attendions à un taux d'inversions magnétiques très élevé, mais pas autant bien entendu, » rapporte Gallet en faisant remarquer que 22 échantillons ne présentaient qu'une seule inversion, ce qui pourrait indiquer une valeur réelle encore plus grande.

SENS DESSUS DESSOUS

Pour le moment, la nouvelle étude soulève plus de questions qu'elle n'apporte de réponses. Les raisons de cette hyperactivité sont encore inconnues et il en va de même pour celles encore plus intrigantes du rapide retour à la normal qui a suivi.

Il est possible que ces inversions primitives soient liées au refroidissement et à la cristallisation du noyau interne solide de la planète. Alors que de nombreuses études suggèrent que ce phénomène aurait débuté il y a 600 ou 700 millions d'années, peut-être que la période intense d'inversions du Cambrien moyen aurait été provoquée par une phase tardive de formation du noyau interne. Il reste toutefois de nombreux points d'incertitudes.

« Il est très difficile de savoir quoi que ce soit sur le noyau et son comportement, » affirme la géologue Annique Van der Boon de l'université de Liverpool, non impliquée dans l'étude. « Nous ne pouvons pas le voir, nous ne pouvons pas l'atteindre. »

L'unique autre période affichant un nombre similaire d'inversions est l'Édiacarien, il y a 550 à 560 millions d'années, et elle coïncide étrangement avec une extinction massive, souligne Meert. Les études suggèrent que le champ magnétique chancelant de l'Édiacarien était extrêmement faible, ce qui aurait pu exposer les formes primitives de vie sur Terre à des conditions critiques en surface.

« Si l'on était dans Star Trek, je dirais que nos boucliers ont connu une défaillance et que la surface de la Terre était vulnérable aux bombardements des radiations cosmiques et autres, » illustre Meert. Peut-être que cette exposition excessive est responsable de la mort des créatures flasques et amorphes de l'Édiacarien, dont la plupart étaient incapables de se déplacer pour se mettre à l'abri du Soleil.

Cependant, aucune extinction de masse ne coïncide avec la nouvelle période d'hyperactivité du Cambrien, période à laquelle la vie fleurissait sous une multitude de formes. Peut-être que l'évolution a apporté son aide à ces créatures, suggère-t-il, donnant naissance à pléthore de fouisseurs ou d'autres animaux capables de s'abriter des rayons nocifs du Soleil. À ce stade, cela n'est toutefois qu'une hypothèse.

UNE ÉNIGME MAGNÉTIQUE

Les changements présentent par ailleurs une étrange tendance, une certaine cyclicité, avec la présence de longues périodes sans inversion tous les 150 millions d'années environ. Entre ces périodes de repos, le champ semble permuter au rythme de cinq inversions tous les millions d'années et ces périodes sont elles-mêmes ponctuées de pics d'hyperactivité.

À en croire ces cycles approximatifs, il semblerait que le champ magnétique terrestre se dirige vers une nouvelle période d'hyperactivité, indique Meert, tout en insistant sur les nombreuses incertitudes qui entourent cette hypothèse. Et même si une inversion se profilait à l'horizon, chacune d'entre elles se produit très lentement à notre échelle et il faut compter plusieurs milliers d'années pour une permutation complète des pôles.

« Ce n'est pas comme dans les films où l'on se réveille un jour avec une boussole indiquant le nord qui le lendemain indique le sud, » prévient Meert.

L'un des grands défis de la compréhension de ces tendances réside dans les lacunes de la chronique. Les roches aussi âgées finissent généralement par être écrasées et transformées à mesure que les continents s'entrechoquent, ce qui efface une partie de la chronique, explique Van der Boon qui étudie une chronique rocheuse bien plus sporadique présentant une potentielle période au taux d'inversions élevé survenue il y a 400 millions d'années.

« Je suis plutôt jalouse de leurs données, parce qu'elles ont vraiment fière allure, » confie-t-elle.

Et même si les chercheurs ont donné le meilleur d'eux-mêmes dans ces conditions difficiles, leurs résultats attendent toujours d'être confirmés par d'autres régions du monde pour montrer qu'il s'agit bien là d'une affaire planétaire, observe Florian Lhuillier, géomagnétologue à l'université Louis-et-Maximilien de Munich. Il aimerait également voir une confirmation de cette chronique dans les roches volcaniques. Les minéraux contenus dans ces roches peuvent aussi enregistrer le champ magnétique à mesure que la lave se refroidit pour devenir de la pierre. D'un autre côté, il est possible que les sédiments soient écrasés et compressés à mesure qu'ils se transforment en roche et pourraient donc avoir été chimiquement altérés, ce qui biaiserait notre vision des positions du champ magnétique.

Quoi qu'il en soit, cette dernière étude offre un aperçu intéressant des folles cabrioles exécutées par notre planète dans le passé et elle apporte une abondance de nouvelles données sur lesquelles se creuser la tête. L'une des prochaines étapes sera de relier ces données à des modèles informatiques, déclare Courtney Jean Sprain, géoscientifique rattachée à l'université de Liverpool : « À présent, nous pouvons commencer à lancer certains de nos modèles et à nous demander "Ok, qu'est-ce que ça implique ?" »

Note de la rédaction : cet article a été mis à jour pour clarifier le nombre d'inversions magnétiques observées dans chaque échantillon de roche sibérienne.

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.