Proposition d’activités concernant le paléomagnétisme

Il est indispensable d’envisager de travailler en collaboration avec le collègue de SPC : des ressources sont disponibles sur le site.

Les élèves sauront ainsi déjà :

• qu’un aimant modifie les propriétés de l’espace. Il règne dans l’espace un champ dont l’aimant constitue la source. Comme les propriétés de l’espace sont modifiées en particulier en sens et direction, ce champ s’exprime au moyen d’un vecteur, c’est un champ de vecteurs.

• que les caractéristiques du vecteur champ magnétique sont :

• sa direction • son sens • sa valeur mesurée en tesla (T)

• que certaines substances sont magnétiques (le fer, le nickel, la magnétite (Fe2+Fe2

3+O4) et certaines roches les contenant)

Il deviendra alors envisageable de mettre en œuvre des activités en lien direct avec le programme de SVT.

Modélisation de l’acquisition d’une aimantation thermorémanente par les roches du plancher océanique à

l’axe d’une dorsale.

I-Pour commencer, une expérience filmée

Dispositif expérimental

tige en fer pendue

attirée par l’aimant, la tige est déviée par rapport à la

verticale

Aimant puissant tiré d’un haut-parleur

tige en fer pendue

Aimant puissant tiré d’un haut-parleur

On chauffe l’extrémité de la tige avec un chalumeau à acétylène

Vidéo « point de curie tige en fer »

II-Une maquette

Le matériel nécessaire

2 règles qui servent de guide

1 petit treuil

1 alimentation 30V/10A

1 électro-aimant,

source de champ

magnétique (représente le

champ champ magnétique magnétique terrestreterrestre)

fil reliant le treuil à une planche

Le miel dans lequel baigne un petit aimant représente un matériau matériau rocheux du rocheux du plancher plancher océanique océanique qui refroidit qui refroidit après avoir après avoir cristallisécristallisé

sur une planche, des cupules en plastique remplies de miel liquide dans lequel baigne un aimant droit (agitateur magnétique recyclé)

Le fonctionnement

Le treuil est actionné : il tracte la planche.

Les bacs à glaçons défilent devant l’électro-aimant ; en passant devant

l’entrefer, de la bobine, l’aimant plongé dans le miel s’oriente selon une

direction et un sens correspondant au champ magnétique produit par

l’électro-aimant (vidéo « rotation aimant miel »).

A chaque fois qu’un bac a dépassé l’électro-aimant, on inverse le sens du

courant dans la bobine : le champ magnétique sortant de l’entrefer

s’inverse (inversion magnétiqueinversion magnétique).

Le sens dans lequel s’orientent les petits aimants baignant dans le miel

alterne donc.

Le résultat finalVidéo « résultats aimantations inverses »

Travail de critique du modèle avec les élèves.

Quelques pistes : • la température au-delà de laquelle une roche du

plancher océanique perd son aimantation et en deçà

de laquelle elle peut acquérir une aimantation,

appelée température de Curie est très inférieure à

sa température de solidification. C’est donc une

roche déjà solide qui acquiert ainsi une aimantation

de même direction et de même sens que le champ

magnétique terrestre du moment.

Travail de critique du modèle avec les élèves.

• le champ magnétique est créé par des charges en

mouvement.

Dans la matière, les électrons tournent autour des

noyaux des atomes et des ions mais aussi sur eux-

mêmes. Chacune des diverses contributions des

charges en mouvement crée en tout point de l’espace

un champ magnétique élémentaire ; ces champs

élémentaires s’annulent globalement et le champ total

est en général nul. Toutefois dans la matière

aimantée, l’aimantation préalable a synchronisé les

mouvements de charges électriques ; en un point de

l’espace, les champs élémentaires s’ajoutent

vectoriellement ; le champ total n’est pas nul.

Modèle analogique de l’enregistrement des anomalies

magnétiques au dessus d’un fond océanique, selon un trajet

perpendiculaire à l’axe d’une dorsale.

I-Le matériel nécessaire...

Planche surmontant des aimants

La règle qui surmonte la planche est alignée sur la direction du champ magnétique terrestre.

Les aimants sont placés perpendiculairement à la direction du champ magnétique terrestre.

Les aimants juxtaposés génèrent des champs magnétiques de sens inverse.

Les aimants juxtaposés créent des champs magnétiques de sens inverse.

II-Les mesures...

La sonde à effet Hall est d’abord placée suffisamment loin des aimants pour permettre d’enregistrer la valeur de la composante horizontale du champ magnétique terrestre.

La composante horizontale du champ magnétique

terrestre vaut ici -2,4 unités arbitraires : cette valeur

correspond au champ magnétique créé par la Terre.

La sonde à effet Hall est ensuite déplacée cm par cm sur la planche, le long de la règle graduée, suivant un trajet perpendiculaire aux aimants placés sous la planche.

À chaque position, la valeur de la composante horizontale du champ affichée sur le teslamètre est notée.

III-La représentation graphique des

résultats...

Valeur de la composante horizontale du champ terrestre (Bh) mesurée en plaçant la sonde de Hall loin des aimants

Valeur de la composante horizontale du champ mesuré le long de la règle (en passant au dessus des aimants, cm par cm)

Positions (abscisses) où se trouvent les aimants

À partir des résultats collectés, on peut construire le graphe suivant :

En ordonnée, la valeur du champ mesuré en UA et en abscisse, la position le long de la règle graduée, d’un bord à l’autre de la planche.

-2,4

IV-L’interprétation des résultats...

La valeur mesurée le long de la règle graduée est pour chaque position la somme algébrique des composantes horizontales du champ terrestre et du champ créé par la source magnétique (aimant) située juste en dessous de la sonde :

• lorsque le champ créé par l’aimant est de même sens que le champ terrestre, la résultante est supérieure en intensité au champ terrestre (= ANOMALIE MAGNETIQUE POSTIVE)

ANOMALIES POSITIVES

La valeur mesurée le long de la règle graduée est pour chaque position la somme algébrique des composantes horizontales du champ terrestre et du champ créé par la source magnétique (aimant) située juste en dessous de la sonde :

• lorsque le champ créé par l’aimant est de même sens que le champ terrestre, la résultante est supérieure en intensité au champ terrestre (= ANOMALIE MAGNETIQUE POSTIVE)

• lorsque le champ créé par l’aimant est de sens opposé par rapport au champ terrestre, la résultante est inférieure en intensité au champ terrestre (= ANOMALIE MAGNÉTIQUE NÉGATIVE)

ANOMALIES POSITIVES

ANOMALIES NEGATIVES

V-Variantes envisageables

On peut modifier le dispositif en simulant un

enregistrement réalisé perpendiculairement à l’axe

d’une dorsale avec :

• une anomalie centrale positive

• une symétrie de part et d’autre de la dorsale

• un espacement irrégulier des aimants

avant de comparer le graphique obtenu avec un vrai

profil magnétique.

VI-Comparaison avec un vrai profil magnétique

et mise en relation avec la « peau de zèbre »…