paléomagnétisme, discipline des sciences de la Terre qui étudie les caractéristiques et les variations du champ magnétique terrestre au cours des temps géologiques.

Le paléomagnétisme (littéralement le « magnétisme ancien ») est basé sur l’étude des propriétés magnétiques des roches et leur capacité de mémorisation des champs magnétiques anciens (voir magnétisme). C’est une science pluridisciplinaire qui couvre un large champ d’études, du comportement du champ magnétique terrestre dans le passé à la tectonique des plaques, en passant par des études archéologiques et paléoclimatiques.

Le paléomagnétisme permet de retracer l’évolution du champ magnétique terrestre dans le passé, à partir de son « empreinte » laissée dans les roches. Le champ magnétique de la Terre (également appelé champ géomagnétique) est provoqué par le mouvement du magma métallique dans le noyau externe (liquide) qui tourne autour du noyau interne (solide) au centre de la Terre. Le noyau interne (souvent appelé la graine) tourne plus lentement que le noyau externe, provoquant une variation séculaire de direction du champ magnétique. Cette variation temporelle de la direction du champ géomagnétique influe directement sur la position des pôles magnétiques ; en effet, le pôle nord magnétique tend à dévier vers l’ouest et sa vitesse de déviation a beaucoup augmenté ces dernières décennies, passant de 10 km/an au début du xx^e siècle à pratiquement 40 km/an à l’aube du xxi^e siècle. Ainsi, l’étude des variations du champ géomagnétique dans le passé permet de mieux comprendre la géodynamique interne et externe de la Terre.

Les variations du champ géomagnétique au cours des temps géologiques peuvent être retrouvées grâce à l’étude des roches magmatiques volcaniques. Les laves mémorisent le champ magnétique naturel extérieur au moment de leur refroidissement (à partir d’une température critique appelée température de Curie), car leurs minéraux s’aimantent dans la direction du champ magnétique lors de leur cristallisation. La capacité d’aimantation est directement liée à la présence de minéraux magnétiques tels que les oxydes de fer (la magnétite, l’hématite) ou les hydroxydes de fer qui sont ferromagnétiques. La solidification des roches permet alors de conserver et d’enregistrer les caractéristiques du champ magnétique (direction du nord magnétique, latitude au moment de sa formation, intensité du champ magnétique) au cours des temps géologiques. Ainsi, ces roches possèdent une « mémoire magnétique ».

L’étude stratigraphique des roches permet donc de trouver les caractéristiques du champ géomagnétique ancien, induisant une échelle magnétostratigraphique. Une des difficultés consiste à trouver des roches suffisamment vieilles, mais qui n’ont pas subi de métamorphisme (changements des propriétés minéralogiques sous l’effet de fortes températures et/ou pressions). La paléoposition (ancienne position) des continents dans le passé géologique peut alors être connue, avec l’aide d’études paléontologiques (identité des différentes faunes et flores), géologiques (présence de sutures, chaînes de montagnes), ou typologiques (forme des continents).

Les scientifiques pensent que le champ géomagnétique est apparu juste après la formation de la Terre (il y a environ 4,5 milliards d’années). Depuis, le champ magnétique terrestre a fortement varié au cours des temps géologiques. Ses caractéristiques sont particulièrement bien connues depuis les derniers 570 millions d’années. Par exemple, le pôle nord magnétique était proche de l’île d’Hawaii il y a 500 millions d’années, puis s’est trouvé aux États-Unis durant les 300 millions d’années suivantes.

La position des pôles magnétiques a bougé d’environ 20 km par an dans les siècles passés, en se décalant vers l’ouest. Actuellement, le pôle nord magnétique est situé dans le Nord du Canada, à environ 3 000 km du pôle Nord géographique. Depuis le milieu du xix^e siècle, l’intensité du champ magnétique a diminué lentement et continûment, de l’ordre de – 10 p. 100 en moins de 150 ans. Même si cette tendance semble indiquer une future inversion des pôles magnétiques d’ici 1 500 ans, les géophysiciens sont actuellement en profond désaccord sur cette question.

Le champ géomagnétique peut être grossièrement décrit comme le champ d’un aimant dipolaire (avec des pôles nord et sud aux extrémités) situé au centre du globe terrestre et légèrement incliné par rapport à l’axe de rotation de la Terre. Mais ce champ magnétique varie en permanence (en intensité et en direction) et parfois, les pôles magnétiques peuvent s’inverser : le pôle nord magnétique devient le pôle sud, et inversement. De nombreuses inversions du champ magnétique se sont présentées par le passé. Ces inversions magnétiques ont été de polarité inverse sur de courtes périodes (durée de quelques milliers d’années), puis de polarité normale (polarité actuelle) sur de plus longues périodes (durée de 100 000 ans à plus de 25 millions d’années). Ces inversions se sont produites environ 5 fois par million d’années, la dernière ayant eu lieu il y a environ 780 000 ans. L’inversion magnétique elle-même se produit sur un intervalle d’environ 5 000 ans.

Ces inversions magnétiques ont été découvertes grâce à l’étude des laves disposées parallèlement et symétriquement par rapport à l’axe des rides médio-océaniques. Ces laves ont conservé les polarisations successives (suivant le sens normal, puis en sens inverse) en s’écartant du centre de la ride pour former le plancher océanique à une vitesse de quelques centimètres par an. Ces observations ont permis de confirmer les théories de la tectonique des plaques et de la dérive des continents.