En suivant la boussole

Nous sommes le dimanche 1er juin 1831. L’officier James Clark Ross plante le drapeau britannique sur un point quelconque de la côte ouest de la péninsule de Boothie. La latitude est 70° 05′ N ; la longitude 96° 46′ W. Rien que des cailloux, de la neige, et quelques igloos abandonnés. Mais ce point anodin, c’est celui vers lequel mènent toutes les boussoles du monde.

L’irrésistible attraction des pôles

Pour arriver là, le commander Ross et ses quelques hommes ont mis un mois à traverser ces terres gelées du nord du Canada, guidés par deux Inuits. Sur la côte est de la péninsule, leur bateau est prisonnier des glaces depuis déjà un an et demi. Ross a 31 ans et c’est la première expédition qu’il dirige. Mais il a de l’expérience: c’est la cinquième fois qu’il s’aventure dans le périlleux labyrinthe de l’archipel canadien, en quête d’un passage vers le Pacifique. Mais comme toutes ces expéditions menées par l’amiral Parry ont échoué, la Couronne britannique a décidé de suspendre ses financements. Cette fois-ci, James Ross et son oncle John ont donc dû se tourner vers un mécène privé: c’est Félix Booth, un fabricant de gin fortuné [1], qui a financé l’appareillage de leur tout nouveau bateau à vapeur. Mais à quoi bon s’échiner à traverser cette péninsule désolée ?

Comme d’habitude: rembobinons. Mais cette fois, on va rembobiner vraiment loin. Nous avons vu dans le dernier billet que, pour les moines du Nom de la Rose, la boussole était encore un gadget inédit. Elle est sans doute arrivée de Chine, via le monde arabe, vers la fin du XIIe siècle. Et le premier qui tente de théoriser un peu les effets des aimants, c’est un certain Pierre de Maricourt, dit le Pélerin. Ce chevalier picard a écrit le premier traité européen sur la question… alors qu’il s’ennuyait pendant le siège d’une petite ville italienne ! Il est le premier à parler de pôles magnétiques. Il aurait pu les appeler noir et blanc, ou bleu et rouge… mais parce qu’il connaît la boussole il choisit nord et sud, ce qui ne va pas tarder à provoquer quelque confusion. Il réalise aussi quelque chose qui, bien des siècles plus tard, aura des répercussions théoriques très profondes: quand on coupe un aimant en deux, on ne se retrouve pas avec un morceau « nord » et un morceau « sud » ! Chaque morceau redevient un aimant complet, nord-sud: impossible d’observer des monopôles magnétiques.

Le nord n’est pas au nord

Beaucoup de progrès sont faits jusqu’au XVIe siècle, qui seront résumés en 1600 dans un ouvrage majeur signé par William Gilbert, le médecin personnel de la reine Elizabeth Ire d’Angleterre : De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure. La dernière partie du titre assimile clairement la Terre à un aimant géant: et comment expliquer sinon l’étonnante orientation de la boussole ? Cela dit, si aimant géant il y a, il n’est pas si simple. En s’aventurant toujours plus loin dans l’Atlantique puis le Pacifique, les navigateurs et les cartographes ont constaté que l’aiguille de la boussole ne pointait pas exactement vers le « vrai » Nord, l’axe autour duquel tourne le ciel nocturne, qu’on repère tout près de l’étoile polaire. Qui plus est, la différence entre les deux caps (nord magnétique et nord géographique), qu’on appelle déclinaison, n’est pas la même partout ! En 1701 Edmund Halley (celui de la comète) parvient à construire une carte donnant la déclinaison dans l’océan Atlantique [2].

Voilà pourquoi James Ross se retrouve dans le nord du Canada et pas au milieu de l’océan arctique. Et voilà pourquoi une carte de randonnée digne de ce nom doit comporter la mention de la déclinaison magnétique: tant qu’on reste à des latitudes modérées (comme en France) la correction est faible (quelques degrés). Mais si on s’approche du cercle polaire, l’aiguille de la boussole peut très bien indiquer l’ouest… ou même le sud ! Et voilà que la nomenclature choisie au Moyen-Âge pose problème: d’autant plus que si on manipule des aimants, on voit bien qu’un pôle nord est attiré par un pôle sud (et vice-versa). Donc logiquement, l’aiguille nord de la boussole doit nous guider vers… un pôle sud magnétique [3] !

L’aiguille penchée

Le point qu’a réussi à atteindre James Ross est donc stricto sensu le pôle magnétique sud de la Terre. Mais il n’est pas arrivé là simplement en suivant l’aiguille de la boussole. En effet, plus on s’approche du pôle moins l’aiguille donne une direction franche (et pour cause: une fois qu’on est sur le pôle, la direction nord n’existe plus !). Il nous faut à nouveau repartir en arrière.

En 1544, Georg Hartmann, un clerc qui fabrique des instruments d’astronomie et de navigation à Nuremberg, a l’idée saugrenue de fabriquer une boussole tridimensionnelle: au lieu de poser l’aiguille aimantée sur un bouchon à la surface de l’eau, il se débrouille pour qu’elle reste entre deux eaux. Et il observe que non seulement l’aiguille pointe (en gros) vers le nord, mais qu’elle pointe aussi un peu vers le bas ! Sur le moment, soyons francs, tout le monde s’en fout. Mais en 1576, à Londres, Robert Norman réitère la même expérience, et fabrique un véritable « compas vertical ». Cette fois, plus de doute: l’aiguille aimantée pointe à 60° sous l’horizontale… en Angleterre, puisqu’on ne va pas tarder à réaliser que ce qu’on appellera désormais l’inclinaison magnétique dépend aussi de notre position sur Terre. Mais au moins ses variations semblent plus simples que celles de la déclinaison… elles suivent en gros la latitude: vers l’équateur, l’aiguille reste presque horizontale. Dans l’hémisphère sud… elle pointe vers le haut ! Et rien d’étonnant à cela si on imagine, comme Gilbert, que la Terre est un gros aimant, autour duquel se déroulent les lignes de champ magnétique, sortant par le pôle nord et rentrant par le pôle sud:

La bougeotte du pôle

Et alors il est facile de définir correctement les pôles: ce sont les points où le champ magnétique (donc l’aiguille aimantée) pointe exactement à la verticale ! C’est cela que Ross a cherché pendant un mois sur la péninsule de Boothie, jusqu’à mesurer une inclinaison d’exactement 90°. Et là… pas de grande montagne de fer pour attirer la boussole ! De toute façon celle-ci, manifestement, est attirée plutôt vers le centre de la Terre… il faudra encore longtemps avant qu’on réalise que le champ magnétique terrestre est créé non pas par un aimant géant, mais par une dynamo engendrée dans le noyau externe de la Terre, fait de fer liquide (qui conduit l’électricité). Un processus extraordinairement complexe… qui étonnamment produit un champ magnétique tout simple: presque aussi simple que celui d’un petit aimant.

Et, qui plus est, les pôles magnétiques ont la bonne idée de n’être pas trop éloignés des pôles géographiques [4]. Et heureusement pour nous: sur Uranus, il semble qu’il y ait au moins 2 pôles Sud et entre 2 et 4 pôles Nord: c’est beaucoup moins pratique pour s’orienter à la boussole !

Mais la complexité de la dynamo terrestre [5] se traduit quand même par quelques ennuis: si le noyau est agité de courants en tous sens, il ne faudra plus s’étonner de voir que les pôles magnétiques bougent ! On s’en était rendu compte assez tôt, en observant que la déclinaison magnétique en Europe variait lentement, de quelques degrés (à l’échelle des décennies ou des siècles: on parle donc de variations séculaires). Oh, on ne retrouve jamais le pôle magnétique au Mexique ou au Népal, mais au fil des millénaires il semble se promener un peu au hasard à l’intérieur du cercle polaire.

Pas trop touristique

Un an après avoir posé le pied sur le pôle, après un nouvel hivernage forcé, l’équipage de Ross doit se résoudre à abandonner le navire à la mer gelée et se réfugie à terre pour tenter de survivre à son quatrième hiver arctique consécutif. Sur les 24 membres de l’expédition, 20 rescapés seront secourus par un baleinier en août 1833. Toujours pas de passage du nord-ouest. James Ross reprendra bientôt la mer, mais cette fois vers l’Antarctique. Il faut attendre 70 ans pour voir de nouveaux visiteurs en Boothie.

Entre 1903 et 1905, l’expédition norvégienne du Gjøa hiverne à son tour au Nunavut. Son commandant, Roald Amundsen, prend le temps d’apprendre des Inuits les techniques qui lui permettront quelques années plus tard de survivre à sa traversée de l’Antarctique. Et avant d’être le premier à trouver enfin la sortie du labyrinthe vers l’Alaska, il réussit donc lui aussi à trouver le pôle magnétique… et depuis le voyage de Ross, celui-ci a déjà bougé de 60 km vers le nord. Il n’y aura pas d’autre observation avant 1945. Cela dit pendant ce temps le pôle s’est déplacé plutôt lentement… c’est seulement depuis 1980 que son mouvement s’est considérablement accéléré.

En tout et pour tout, une petite dizaine seulement d’explorateurs auront réussi à atteindre le pôle magnétique… et on est désormais capables d’estimer sa position à partir de mesures satellitaires. Le dernier repérage direct date d’avril 2007, quand une équipe franco-canadienne l’a localisé en plein océan arctique, juste à côté du pôle géographique (et à 800 km des côtes les plus proches). Et il continue à bouger de 50 km par an.


Aller plus loin

  • On notera que j’ai triché en fournissant la carte Google du point découvert par Ross, dont les coordonnées pointent au large de la Boothie, et pas sur la terre ferme. Soit la mesure de Ross était fausse, soit les coordonnées de Google ne sont pas très précises, soit le trait de côte a reculé.
  • Le récit complet de l’expédition par John Ross et le bref article de Ross sur ses mesures magnétiques [tout ça en anglais]. Finalement, celui de l’expédition de 2007 par Newitt, Chulliat et Orgeval [encore en anglais]. L’expédition tragique de Franklin en 1847 a-t-elle atteint le pôle magnétique ?
  • Une brève (mais plus détaillée que ce billet) revue de l’histoire du géomagnétisme, par Vincent Courtillot et Jean-Louis le Mouël, malheureusement pas libre d’accès [et en anglais].
  • Et le pôle sud magnétique ? Au XIXe siècle, il était encore sur le continent antarctique mais ni Ross ni Dumont d’Urville n’ont réussi à l’atteindre. Aujourd’hui il est par là.
  • Mais au fait, pourquoi dit-on « magnétique » pour un aimant ?
  • La dernière grande particularité du champ magnétique, c’est qu’il s’inverse de temps en temps (et on en parlera dans un prochain billet): encore une bonne raison de trouver d’autres noms aux pôles magnétiques !

[1] Il faudrait faire un billet sur les mystérieux penchants scientifiques des fabricants d’alcool: James Joule gérait une prospère brasserie de bière, et la fondation Carlsberg est un mécène historique des sciences au Danemark.
[2] Certains avaient donc pensé se servir de ces variations pour déterminer la longitude, mais la déclinaison est souvent faible, pas facile à mesurer depuis un navire en mouvement, et dépend aussi de la latitude.
[3] Même si par commodité on (et Ross le premier !) parle quand même souvent du nord magnétique pour se référer au pôle magnétique situé dans l’arctique.
[4] C’est surtout vrai pour le pôle sud (arctique). Le pôle magnétique nord, lui, est très éloigné du pôle sud géographique. Les deux pôles ne sont donc pas tout à fait diamétralement opposés. Le quasi-alignement entre les pôles magnétiques et géographiques souligne cependant le rôle de la rotation de la Terre dans la génération du champ magnétique.
[5] Même le nom de la discipline qui l’étudie est affreusement compliqué: c’est la MHD: magnéto-hydrodynamique (et encore, on aurait pu appeler ça l’électro-magnéto-thermo-hydrodynamique).

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2 réflexions sur “En suivant la boussole

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