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Contraintes magnétiques, gravimétriques et géodésiques sur la dynamique du noyau

Description

Le champ magnétique terrestre est produit par la dynamique du noyau terrestre. Les modèles numériques de géodynamo décrivent assez bien la nature de ce champ magnétique mais pâtissent du problème de dimensionnement des quantités qui caractérisent le système. Ces modèles sont donc éloignés du vrai régime terrestre. Les données magnétiques, en particulier les variations séculaires du champ, sont habituellement utilisées afin de reconstruire les mouvements fluides dans le noyau.

Les modèles de flux ainsi obtenus souffrent cependant de non unicité et se limitent aux grandes échelles spatio-temporelles. Ils ne peuvent pas représenter la dynamique rapide du noyau aux échelles de temps interannuelles et infra-décennales. Les mouvements fluides dans le noyau entraînent des variations de densité dans le temps par le déplacement de structures hétérogènes qui vont engendrer des variations de gravité à la surface de la Terre. En plus de l’effet en densité, des déformations élastiques vont intervenir afin de rétablir l’équilibre mécanique de la planète et perturber également le champ de gravité. Ces variations de densité vont être accompagnées de pressions fluides aux interfaces du noyau qui vont induire des couples et des rotations différentielles entre la graine et le manteau perturbant aussi la gravité (Fang et al. 1996, Greff-Lefftz et al. 2004). L’amplitude de telles variations de gravité est suffisamment grande pour qu’il soit possible de les détecter en surface (Dumberry 2010). Des variations de gravité ont en effet été observées à partir des mesures spatiales des satellites GRACE et des variations séculaires du champ magnétique ont été vues dans les données du satellite CHAMP (Mandea et al. 2012) à des échelles de temps décennales. La corrélation entre ces mesures a été interprétée comme étant due à des processus de dissolution et cristallisation à la CMB (Mandea et al. 2015). Par ailleurs, un signal périodique à environ 6 ans a été observé dans des données de variations de la longueur du jour, dans des données GPS et dans des données magnétiques de surface (Ding & Chao 2018). Ce signal à 6 ans peut être interprété comme étant dû à la libration axiale de la graine générée par un couplage gravitationnel entre la graine et le manteau (Mound & Buffet 2003, 2006, Davies et al. 2014), ou à des ondes de torsion se propageant dans le noyau fluide (Gillet et al. 2010) – ces ondes pourraient d’ailleurs être excitées par le couplage gravitationnel entre la graine et le manteau (Jackson 2010) - ou à des sauts de variation séculaire du champ magnétique – « jerks » (Silva et al. 2012, Holme & de Viron 2013).

Ce sujet a pour objectif de confirmer et compléter ces observations via la recherche de signaux interannuels dus aux mouvements fluides dans le noyau dans des données magnétiques et géodésiques et d’identifier la source de ces variations interannuelles. Ainsi les données spatiales GRACE et les données gravimétriques enregistrées en continu par des gravimètres supraconducteurs seront analysées et combinées aux observations GNSS. Des méthodes de sommation et d'analyses en ondelettes seront développées afin d’identifier d’éventuels signaux transitoires en plus du signal principal périodique à 6 ans. Les effets des couches fluides superficielles (atmosphère, océans et eaux continentales) devront être correctement corrigés afin d’accéder aux processus internes. A partir des observations géodésiques, gravimétriques et magnétiques, de nouvelles contraintes seront ainsi établies sur la dynamique du noyau et sur les processus de couplage à ses interfaces. Ce sujet de thèse reposera sur la valorisation des données magnétiques et gravimétriques des services d’observation nationaux ainsi que sur l’exploitation des données des services internationaux (International Earth rotation and Reference systems Service, International Geodynamics and Earth Tide Service, service de charge de l’EOST, International GNSS Service, Intermagnet, World Data Center for Geomagnetism).

Profil

Le candidat devra avoir obtenu un Master (ou équivalence) en géophysique. Il devra avoir suivi des cours de méthodes potentielles (gravimétrie, géomagnétisme) et éventuellement de géodésie et magnéto-hydrodynamique. Ce sujet nécessitera des compétences en traitement du signal avec une sensibilité pour des aspects théoriques.

Le candidat devra en outre être capable d'ouverture afin d'interagir avec des chercheurs d'autres disciplines.

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : IPGS, Strasbourg
Directeur(rice) de thèse/recherche : ROSAT Séverine
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : srosat@unistra.fr
Responsable Cnes de l'offre : MANDEA Mioara

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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