fer liquide en rotation

Qu'est-ce qui fait que le fer liquide dans le centre de la Terre en rotation se comporte comme un aimant ?

Le fer est un matériau ferromagnétique, il a cette capacité à devenir un aimant permanent.

On produit l'aimant en faisant passer un courant électrique dans un conducteur mouvant. Champ, chemin, courant. Règle très connue des électriciens. Ce qui fait aussi que faire bouger dans un champ magnétique un conducteur, ça produit un courant électrique. Principe de la dynamo.

Il y a 2 heures, shyiro a dit :

Qu'est-ce qui fait que le fer liquide dans le centre de la Terre en rotation se comporte comme un aimant ?

Le noyau central de la Terre est solide, à cause de la valeur très élevée de la pression.

Son mouvement de rotation ne coïnciderait pas exactement avec celui de la planète, et le brassage de la couche supérieure de métal liquide produirait les courants à l'origine du champ magnétique.

Ce phénomène est encore très mal connu.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Noyau_terrestre

https://fr.wikipedia.org/wiki/Noyau_interne

Je sais qu'on a tenté d'étudier en laboratoire l'effet dynamo dont on parle ici, par l'étude du champ magnétique entourant une sphère métallique en rotation uniforme, remplie de sodium fondu.

Faut pas oublier qu'on a jamais été voir ce qu'il en était donc le noyau de fer liquide reste une théorie, la plus probable scientifiquement certes, mais non vérifiée

Il y a 4 heures, Niou a dit :

Le fer est un matériau ferromagnétique, il a cette capacité à devenir un aimant permanent.

ça ne marche pas à chaud car la température du noyau liquide de la Terre est à environ 3800°C ce qui est très supérieur au point de Curie du fer (environ 700°C). le magnétisme terrestre a une autre cause.

Dans la Terre il existe des courants électriques découlant de l'ionosphère. Pour faire simple la Terre est un gigantesque condensateur électrique à fuite dont les deux armatures sont la face au soleil et la face à l'ombre.

Ces courants circulent dans un conducteur liquide en mouvement (lent) : le fer du noyau. Selon la loi de Lorentz, il apparait un champ magnétique global qui est orhogonal aux courants électriques et au mouvement du fer liquide.

La règle simple qui permet de retrouver tout ça est la règle des 3 doigts de la main droite. Ouvre les 3 premiers doigts de façon à suivre le coin d'une boite.

Le Pouce = poussée = force = mouvement du fer liquide

L'Index = intensité du courant tellurique

Le Majeur = Magnétisme résultant.

Ces trois grandeurs sont liées de façon qu'avec deux on produit la troisième :

Dans un moteur électromagnétique, pour obtenir du mouvement on fait interagir du courant et le magnétisme créé par un bobinage ( ou un aimant).

Dans un alternateur (dynamo) on fait tourner un bobinage dans un champ magnétique et on produit ainsi un courant ( d'abord une tension électrique aux bornes du bobinage)

Dans la Terre, le mouvement d'un courant tellurique produit le magnétisme.

Si la planète Mars ou la Lune n'ont pas de champ magnétque c'est parce que leur noyau est totalement solidifié !

Il y a 5 heures, The_Dalek a dit :

Faut pas oublier qu'on a jamais été voir ce qu'il en était donc le noyau de fer liquide reste une théorie, la plus probable scientifiquement certes, mais non vérifiée

La structure interne du globe a été révélée par l'étude de la propagation des ondes sismiques,

et le comportement du fer (ainsi que celui des alliages fer-nickel, ou contenant des non-métaux: Si, S, O, C) ont été étudiés dans les conditions voisines de celles qui règnent au cantre de la Terre: 3,5 Mbar, 6300 K):

# hcp structure: Hexagonal closest packed = maille hexagonale compacte.

# fcc structure: face-centered cubic = maille cubique à faces centrées.

# bcc, structure: Body centered cubic = maille cubique centrée.

Voir https://www.cnrs.fr/mi/IMG/pdf/antonangeli-fer.pdf

Il y a 9 heures, shyiro a dit :

Qu'est-ce qui fait que le fer liquide dans le centre de la Terre en rotation se comporte comme un aimant ?

On pourrait penser qu'il y a une analogie avec le spin ...

Il y a 13 heures, Hérisson_ a dit :

Le noyau central de la Terre est solide, à cause de la valeur très élevée de la pression.

Son mouvement de rotation ne coïnciderait pas exactement avec celui de la planète, et le brassage de la couche supérieure de métal liquide produirait les courants à l'origine du champ magnétique.

Ce phénomène est encore très mal connu.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Noyau_terrestre

https://fr.wikipedia.org/wiki/Noyau_interne

Je sais qu'on a tenté d'étudier en laboratoire l'effet dynamo dont on parle ici, par l'étude du champ magnétique entourant une sphère métallique en rotation uniforme, remplie de sodium fondu.

Je me souviens aussi d'un documentaire montrant un scientifique fabriquer un gros globe en rotation et contenant du sodium liquide à l'interieur, simulant le noyau terrestre, pour voir si cela produit un champ magnetique ... et le resultat serait positif ...

Il y a 6 heures, obelix39 a dit :

On pourrait penser qu'il y a une analogie avec le spin ...

Non ce n'est pas l'explication. Le spin est un paramètre quantique qui ne concerne que les particules élémentaires.

Va voir plus haut l'explication que j'ai rapportée et qui est donnée par l'institut de physique du Globe.

Citation

 Il y a 15 heures, shyiro a dit :

Qu'est-ce qui fait que le fer liquide dans le centre de la Terre en rotation se comporte comme un aimant ?

Il y a 9 heures, obelix39 a dit :

On pourrait penser qu'il y a une analogie avec le spin ...

Il y a effectivement une analogie, au moins au départ: tout mouvement de rotation - que ce soit celui d'une planète, d'un satellite, d'un rotor, d'un noyau atomique ou d'un électron - est caractérisé par un moment cinétique (S), vecteur porté par l'axe instantané de rotation, passant par le centre de masse (O) et orienté de telle sorte que la vitesse de tout point (M) du système soit donnée par le produit vectoriel V(M) = S×(OM).

Le triplet de vecteurs (OM , V(M) , S) constitue un trièdre direct.

Mais il se présente aussi deux différences de taille:

1°) Le moment cinétique des particules microscopiques est quantifié et ne peut prendre qu'un nombre limité d'orientations possibles - deux dans le cas des particules de "spin 1/2": électron, proton, neutron - tandis que rien ne vient contraidre l'orientation et la norme de ce vecteur pour les objets à notre échelle.

2°) Le moment magnétique (µ) des particules est colinéaire à leur moment cinétique, et vérifie la relation: µ = γ.S , dans laquelle le facteur (γ), appelé rapport gyromagnétique, caractérise la particule envisagée; il vérifie lui aussi des conditions de quantification.

Le champ magnétique de la Terre est approximativement dipolaire, mais son moment magnétique (µ) présente une orientation différente de celle de son moment cinétique, d'où l'écart connu depuis longtemps qui sépare les pôles géographiques et magnétiques. Une lente dérive est d'ailleurs connue et suive depuis un siècle.

On observe de plus un affaiblissement du champ magnétique qui pourrait conduire à sa disparition, voire à une inversion des pôles; il est beaucoup plus probable que l'on observera l'apparition d'un champ multipolaire (comme s'il était produit pas plusieurs aimants) instable, erratique  et de structure complexe; on redoute les conséquences d'un tel phénomène, mais il est difficile d'en évaluer les conséquences.

Il y a 2 heures, shyiro a dit :

Je me souviens aussi d'un documentaire montrant un scientifique fabriquer un gros globe en rotation et contenant du sodium liquide à l'intérieur, simulant le noyau terrestre, pour voir si cela produit un champ magnétique ... et le résultat serait positif ...

Il serait effectivement intéressant de retrouver les références.

Il y a 1 heure, Hérisson_ a dit :

Il y a effectivement une analogie, au moins au départ: tout mouvement de rotation - que ce soit celui d'une planète, d'un satellite, d'un rotor, d'un noyau atomique ou d'un électron - est caractérisé par un moment cinétique (S), vecteur porté par l'axe instantané de rotation, passant par le centre de masse (O) et orienté de telle sorte que la vitesse de tout point (M) du système soit donnée par le produit vectoriel V(M) = S×(OM).

Le triplet de vecteurs (OM , V(M) , S) constitue un trièdre direct.

Mais il se présente aussi deux différences de taille:

1°) Le moment cinétique des particules microscopiques est quantifié et ne peut prendre qu'un nombre limité d'orientations possibles - deux dans le cas des particules de "spin 1/2": électron, proton, neutron - tandis que rien ne vient contraidre l'orientation et la norme de ce vecteur pour les objets à notre échelle.

2°) Le moment magnétique (µ) des particules est colinéaire à leur moment cinétique, et vérifie la relation: µ = γ.S , dans laquelle le facteur (γ), appelé rapport gyromagnétique, caractérise la particule envisagée; il vérifie lui aussi des conditions de quantification.

Le champ magnétique de la Terre est approximativement dipolaire, mais son moment magnétique (µ) présente une orientation différente de celle de son moment cinétique, d'où l'écart connu depuis longtemps qui sépare les pôles géographiques et magnétiques. Une lente dérive est d'ailleurs connue et suive depuis un siècle.

On observe de plus un affaiblissement du champ magnétique qui pourrait conduire à sa disparition, voire à une inversion des pôles; il est beaucoup plus probable que l'on observera l'apparition d'un champ multipolaire (comme s'il était produit pas plusieurs aimants) instable, erratique  et de structure complexe; on redoute les conséquences d'un tel phénomène, mais il est difficile d'en évaluer les conséquences.

 

Il serait effectivement intéressant de retrouver les références.

 

 

 

J'ai une référence : l'excellent livre de Vincent Courtillot :

"Nouveau voyage au centre de la Terre" chez Odile Jacob en sept 2009.

Si,

Il y a 20 heures, Niou a dit :

Le fer est un matériau ferromagnétique, il a cette capacité à devenir un aimant permanent.

Répy a déjà répondu sur ce point:

Il y a 15 heures, Répy a dit :

ça ne marche pas à chaud car la température du noyau liquide de la Terre est à environ 3800°C ce qui est très supérieur au point de Curie du fer (environ 700°C). le magnétisme terrestre a une autre cause.

... / ...

Si la planète Mars ou la Lune n'ont pas de champ magnétque c'est parce que leur noyau est totalement solidifié !

l'agitation thermique fait disparaître l'aimantation du solide au-delà d'un seuil de température qui dépend de la nature et de la composition de l'échantillon.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Ferromagnétisme
https://fr.wikipedia.org/wiki/Température_de_Curie

Le matériau y est de plus soumis à des conditions extrêmes: porté à une température de l'ordre de 6000 K, soumis à une pression énorme (3,5 Mbar) qui entraîne une masse volumique élevée (13.1 kg/L), dépassant de 66 % celle du fer dans les conditions ordinaires (7.87 kg/L).

Il s'agit essentiellement d'un alliage fer-nickel à environ 20 % du second métal, et par ailleurs d'autres éléments (S, Si, O, C) en proportion pour l'instant inconnue. Il présente vraisemblablement, comme son principal constituant pur (Fe) dans les mêmes conditions, un réseau hexagonal compact:

Pour aller plus loin:

# Compression du fer

https://www.cnrs.fr/mi/IMG/pdf/antonangeli-fer.pdf (déjà donné)
https://www.futura-sciences.com/planete/actualites/noyau-fer-comprime-laser-revele-noyau-terre-63419/

# Magnétisme

https://fr.wikipedia.org/wiki/Fer_doux   

https://fr.wikipedia.org/wiki/Aimantation

# Structure de l'état solide:

https://www.equipes.lps.u-psud.fr/foury/IMG/pdf/structure_de_la_matiere_oral.pdf
http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/cristallo/hexacomp.html
https://fr.wikipedia.org/wiki/Empilement_compact

Il y a 8 heures, Hérisson_ a dit :

 

Il serait effectivement intéressant de retrouver les références.

je ne me souviens plus du documentaire ... mais puisque tu as toi meme parlé d'une experience avec du sodoum liquide, c'est que tu as aussi vu ce documentaire, non ? 

Il y a 19 heures, Hérisson_ a dit :

La structure interne du globe a été révélée par l'étude de la propagation des ondes sismiques,

 

et le comportement du fer (ainsi que celui des alliages fer-nickel, ou contenant des non-métaux: Si, S, O, C) ont été étudiés dans les conditions voisines de celles qui règnent au cantre de la Terre: 3,5 Mbar, 6300 K):

# hcp structure: Hexagonal closest packed = maille hexagonale compacte.

# fcc structure: face-centered cubic = maille cubique à faces centrées.

# bcc, structure: Body centered cubic = maille cubique centrée.

Voir https://www.cnrs.fr/mi/IMG/pdf/antonangeli-fer.pdf

C'est bien pour ça que j'ai parlé de théorie la plus probable, mais même si probable a 99,99999999999%, tant que ce n'est pas confirmé et démontré, ça reste une théorie, c'est un concept important

Il y a 2 heures, shyiro a dit :

je ne me souviens plus du documentaire ... mais puisque tu as toi meme parlé d'une experience avec du sodoum liquide, c'est que tu as aussi vu ce documentaire, non ? 

Il doit s'agir de l'expérience du Maryland (Etats-Unis), avec du sodium liquide (Il n'y avait plus de sodoum ... ). En France, il y a eu l'expérience nommée VKS au CEA Cadarache à Saint Paul lès Durance qui a donné des résultats très intéressants avec des inversions qui présentent des analogies avec celles du champ magnétique terrestre. Il y a eu des expériences de même nature à Madison, Los Alamos, Karlsruhe, Grenoble, Riga, Perm, avec des résultats variés, certaines expériences n'ont pas pu générer d'effet dynamo ...

Pour ceux que ça intéresse, voici une vidéo qui présente l'expérience réalisée en France au CEA Cadarache, entre autres ...

La coupe de la Terre montrée ci-dessus par Hérisson explique pourquoi on sait qu'il y a un noyau liquide au centre de la Terre.

Il existe deux types d'ondes sysmiques : les ondes Primaires et les ondes Secondaires qui par un heureux hasard de la langue français sont les ondes de pression P et les ondes de cisaillement S.

A chaque séisme les différents sismographes  du globe mesurent ces ondes et leur décalage temporel qui permet de situer l'épicentre à moins de 1 km près.

Cependant on a remarqué qu'il y a des régions où on ne reçoit pas les ondes S (de cisaillement). La seule explication possible est qu'il existe au centre d ela Terre une zone liquide. En effet personne ne peut couper un liquide avec des ciseaux ! L'analyse très fine de ces ondes a donné la coupe de la Terre ci-dessus.

En partant du centre, la terre comporte 3 grandes parties elles-même subdivisées en 2

1 le noyau : - 11 la graine solide au centre à 5600°C à base de fer et un peu de nickel

                  - 12 le noyau extérieur de même composition mais liquide.

2 le manteau : - 21 profond composé d'aluminosilicates magnésiens et de pérovskite.

                     - 22 supérieur de même composition mais qui est le siège de la subduction (courants de convection solide dont la durée d'un tour est d'au moins 300Ma

3 La croûte terrestre - 31 inférieure, solide mais relativement "fluide" en aluminosilicates alcalins (type,granite ou diorite)

                              - 32 supérieure, de même composition, mais la plus froide et formant les plaques continentales en dérive tectonique

Il y a 6 heures, shyiro a dit :

je ne me souviens plus du documentaire ... mais puisque tu as toi même parlé d'une expérience avec du sodium liquide, c'est que tu as aussi vu ce documentaire, non ? 

Je crois avoir lu l'article il y a moins d'un an dans une grande revue ... sans souvenir plus précis, sauf qu'il concernait une expérience réalisée en France - nous parlons certainement du même sujet.

La vidéo que tu as indiquée est probablement le document le plus complet et le plus accessible.

Faute de temps, ma recherche n'a livré pour l'essentiel que des références en anglais, qui montre que le montage est étudié depuis plus de 10 ans.

# 10/2009
https://www.popularmechanics.com/science/a12075/4277476/

# 12/2011
https://www.nature.com/news/dynamo-maker-ready-to-roll-1.9582

# may 2013
https://www.sciencenews.org/article/spinning-core

# 02/2015        document très technique
https://progearthplanetsci.springeropen.com/articles/10.1186/s40645-015-0058-1

# 07/2018        8 min eng    

# 11/2014_ http://www.insu.cnrs.fr/node/5089

# Extrait de springeropen.com

Ces documents permettent de mieux comprendre le dispositif étudié.

il y a 52 minutes, Hérisson_ a dit :

Je crois avoir lu l'article il y a moins d'un an dans une grande revue ... sans souvenir plus précis, sauf qu'il concernait une expérience réalisée en France - nous parlons certainement du même sujet.

La vidéo que tu as indiquée est probablement le document le plus complet et le plus accessible.

Faute de temps, ma recherche n'a livré pour l'essentiel que des références en anglais, qui montre que le montage est étudié depuis plus de 10 ans.

# 10/2009
https://www.popularmechanics.com/science/a12075/4277476/

# 12/2011
https://www.nature.com/news/dynamo-maker-ready-to-roll-1.9582

# may 2013
https://www.sciencenews.org/article/spinning-core

# 02/2015        document très technique
https://progearthplanetsci.springeropen.com/articles/10.1186/s40645-015-0058-1

# 07/2018        8 min eng    

 

# 11/2014_ http://www.insu.cnrs.fr/node/5089

# Extrait de springeropen.com

Ces documents permettent de mieux comprendre le dispositif étudié.

Oui je me souviens de cette forme de globe avec la surface en tubes metalliques ... Je suppose que c dans ces tubes metalliques où circule du sodium liquide maintenu à haute temperature ... 

Donc un noyau interne en metal solide + noyau externe en metal liquide = le tout en rotation = suffit pour creer un champ magnetique ? Il n'y a pas besoin du ionosphere ?

En fait, ces expériences ont pour but de reproduire le mécanisme qui génère le champ magnétique terrestre. A Maryland, on a opté pour l'hypothèse où du fer liquide tournerait autour d'un noyau de fer solide. Le fer liquide est remplacé par du sodium liquide et apparemment ce système est doté de bobines extérieures qui créent le champ magnétique que ce système est incapable de générer (vous me direz si je me trompe ...). Les tubes de cuivre que l'on voit à l'extérieur sont destinés à refroidir le système.

A Grenoble, c'est une expérience similaire avec une machine moins volumineuse. Le champ magnétique est créé par un aimant permanent situé dans le noyau ...