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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 »…