PALÉOMAGNÉTISME

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L’aimantation thermorémanente

Les roches volcaniques comme les matériaux archéologiques qui ont été cuits sont porteurs d’une aimantation, dite thermorémanente parce qu’elle est acquise lors de leur refroidissement dans le champ ambiant. Leur moment magnétique global résulte de l’alignement des moments magnétiques individuels des atomes d’oxydes de fer. Il est préservé grâce à des couplages (directs ou indirects) et des interactions entre les ions, qui permettent de conserver leur orientation pendant des durées qui peuvent atteindre des milliards d’années en fonction de leur temps de relaxation et de la température.

Aimantation thermorémanente des roches volcaniques

Aimantation thermorémanente des roches volcaniques

Dessin

Au-dessus de la température de Curie du minéral, ici à 580 0C dans le cas de la magnétite, les moments magnétiques sont soumis en permanence à l'agitation thermique (en haut). Lors du refroidissement (en bas), le couple de force exercé par le champ magnétique l'emporte sur l'agitation... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La théorie de Néel (1955) définit le « temps de relaxation » comme le temps au terme duquel un moment magnétique se réoriente à nouveau dans le champ. Il dépend principalement de la taille et de la nature du grain et diminue rapidement avec la température (T), de telle sorte qu’une élévation progressive de T désordonne donc d’abord les moments magnétiques les moins stables à température ambiante, c’est-à-dire ceux dont les temps de relaxation sont les plus faibles. À titre d’exemple, une élévation de température de 20 0C à 200 0C désoriente les moments magnétiques qui seraient restés stables à température ambiante pendant 1 million d’années. On parle alors d’une « température de déblocage » de 200°0C et d’un « temps de relaxation » à température ambiante de 1 million d’années (Ma). À la température de Curie du minéral, l’agitation thermique l’emporte complètement sur l’ordre magnétique. Dans le cas de la magnétite, un des principaux minéraux rencontrés en paléomagnétisme, elle est de 580 0C. En chauffant puis en refroidissant un minéral magnétique en présence de champ au-dessous de sa température de Curie (comme c’est le cas pour les coulées de lave ou certains matériaux archéologiques), les moments magnétiques s’orientent dans la direction du champ et contribuent donc à l’aimantation globale portée par l’échantillon.

Magnétite 

Magnétite 

Photographie

La magnétite, un oxyde de fer, cristallise dans les roches magmatiques basiques et ultrabasiques. Cet échantillon montre des cristaux caractéristiques octaédriques, aux faces striées, de couleur gris fer à noir. Le magnétisme de la magnétite, dû aux atomes de fer qu'elle contient, est... 

Crédits : V. Raduntsev/ Shutterstock

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Un matériau naturel étant par essence hétérogène, on trouve toute une gamme de temps de relaxat [...]


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Aimantation thermorémanente des roches volcaniques

Aimantation thermorémanente des roches volcaniques
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Magnétite 

Magnétite 
Crédits : V. Raduntsev/ Shutterstock

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Aimantation « post-dépôt » des sédiments

Aimantation « post-dépôt » des sédiments
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Représentation de la déclinaison et de l’inclinaison magnétiques

Représentation de la déclinaison et de l’inclinaison magnétiques
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Écrit par :

  • : directeur de recherche au C.N.R.S., Institut de physique du globe de Paris

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Pour citer l’article

Jean-Pierre VALET, « PALÉOMAGNÉTISME », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 11 août 2020. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/paleomagnetisme/