Paléomagnétisme
Le paléomagnétisme est la discipline qui étudie le champ magnétique passé de la Terre "fossilisé" dans les roches ou les vestiges archéologiques. Le paléomagnétisme a permis de découvrir la dérive des pôles magnétiques et surtout l’inversion périodique du champ géomagnétique de la Terre. Cette discipline constitue également une méthode de datation.
Pour comprendre : une vidéo de l'Institut de Physique du Globe de Paris
Principe
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La Terre possède un champ magnétique engendré par son noyau externe liquide riche en fer (sorte de géodynamo). La graine (noyau interne solide), pourtant également très riche en fer, ne crée pas de champ magnétique puisque sa température est de plus de 6000 °C (T > TCurie du fer). Ce champ magnétique a une influence sur la matière est en particulier sur les roches. Lorsqu'une roche se solidifie, les minéraux ferromagnétiques présents s'orientent en fonction du champ magnétique terrestre ambiant et conservent cette orientation (on parle alors de rémanence thermomagnétique). |
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En effet, en se refroidissant, ils passent d'un état paramagnétique (état désordonné des dipôles magnétiques) à un état ferromagnétique (les dipôles s'alignent selon le champ magnétique extérieur créant une aimantation permanente). Il s'agit là d'une transition de phase réversible : dès que la température dépasse la température de Curie du corps (température à laquelle la transition à lieu), la roche perd alors son aimantation et redevient paramagnétique. Mais si la roche n'est ni réchauffée, ni altérée, elle garde alors "en mémoire" la direction et l’intensité du champ magnétique.
Les inversions magnétiques et la datation paléomagnétique
Les inversions magnétiques correspondent à un changement de la polarité du champ magnétique terrestre au cours des temps géologiques. Depuis 180 Ma, il y a eu quelques 300 inversions du champ magnétique terrestre. La durée d’une inversion est d'environ 2000 ans. La durée d'une polarité est appelée "chron".
Ce phénomène a été découvert en 1905 par un géophysicien français Bernard Brunhes (1867-1910). Alors directeur de l’observatoire du Puy de Dôme à Clermont-Ferrand, il montre, en étudiant la rémance thermomagnétique de plusieurs coulées de lave, que certaines indiquent des inversions du magnétisme. Ainsi, autrefois, une boussole aurait pointé vers le sud et non vers le nord ! Peu après, le géophysicien japonais Monotori Matuyama ajoute une dimension temporelle à ces inversions en datant diverses coulées de laves et mettant en évidence l'existence d'inversions multiples au cours des temps géologiques. Ses conclusions ne réussirent pas à convaincre la communauté scientifique et ses conclusions tombèrent dans l'oubli. Il fallut attendre les années 60 et la publication des travaux de Fred Vine et Drummond Matthews pour confirmer cette découverte : en interprétant les anomalies magnétiques découvertes sur le plancher océanique comme des marqueurs de l’expansion, ils confirmèrent la théorie de la dérive des continents d'Alfred Wegener et donnèrent au paléomagnétisme ces lettres de noblesses.
Pour réaliser une chronologie, il suffit d'effectuer un prélèvement sur le terrain et de dater isotopiquement la roche ou le minéral au laboratoire. Il faut également mesurer son aimantation rémanente : on obtient ainsi une mesure locale datée du champ magnétique terrestre.
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Réalisation d'une chronologie (Crédits : Pierre-André Bourque et Pauline Dansereau (Université Laval Québec) |
Inversions récentes du champ magnétique terrestre (Crédits : USGS) |
Pour effectuer une datation, il suffit alors d'identifier des inversions de la polarité magnétique localement et de caler cette échelle locale sur une échelle de références internationales pour réaliser une datation. Cette méthode peut être également utilisée sur des vestiges archéologiques comme des poteries ayant subies une cuisson.
Paléomagnétisme et datation d'Orrorin
L'étude de polarité magnétique de la formation de Lukeino a mis en évidence deux inversions magnétiques : la polarité de la partie inférieure de la formation de Lukeino est normale alors que le trachyte du Kabernet et les parties moyenne et supérieure de la formation de Lukeino, le basalte de Kapsomin, le membre de Kapsomin, les sills de Rormuch et les trachybasaltes de Kaparaina ont tous une polarité inverse.
Cette étude a conclu que la partie la plus haute de la formation de Lukeino à Kapcheberk s'est déposée durant le chron C3r. L’inversion de polarité magnétique (inverse à normale), mise en évidence entre le trachyte de Kabarnet et la partie inférieure de la formation de Lukeino, correspond à la limite entre les chrones C3An.1r et le C3An.1n, dont l’âge est estimé entre 6,05 Ma et 6,14 Ma selon différentes équipes de chercheurs. L’inversion de polarité magnétique (normale à inverse) dans la partie inférieure de la formation de Lukeino correspond à la limite entre les chrones C3An.1n et C3r, dont la limite est située entre 5,83 Ma et à 5,89.
