Renversant !

On dit souvent que les vieilles disciplines scientifiques ont toutes connu un bouleversement d’ampleur quasi-métaphysique au cours du XXe siècle. C’est en physique que ça commence, avec la relativité restreinte puis générale d’Einstein. Puis à nouveau avec la mécanique quantique de Planck, Einstein, Heisenberg, Dirac, Schrödinger et les autres, et qui révolutionnera aussi la chimie. En 1953, Franklin, Watson et Crick découvrent la structure de l’ADN: la biologie ne sera plus jamais la même. Et le dernier domaine à avoir radicalement changé de visage, c’est la géologie.

Au cours des années 60, la théorie de la tectonique des plaques s’est affirmée au point qu’on a du mal, aujourd’hui, à imaginer ce que pouvait être la géologie avant. Tout en amont de cette révolution, il y a une découverte fortuite, anodine, mais à la portée considérable. Et pourtant… qui connaît le nom de Bernard Brunhes ?

Une mutation profitable

Le jeune homme ci-contre est né à Toulouse le 3 juillet 1867, c’est-à-dire il y a exactement 150 ans aujourd’hui ! Le moins qu’on puisse dire, c’est qu’il est bon élève: il entre second à l’École Normale Supérieure de la rue d’Ulm, puis se classe premier de l’agrégation de physique. Pendant sa thèse, c’est lui qui est chargé de rédiger la version imprimée des cours d’électricité et d’optique donnés par Henri Poincaré. Il enseigne la physique et l’ingénierie d’abord à Lille, puis à Dijon où il succède à son père. Ses travaux en optique, électricité, thermodynamique ne passent pas à la postérité. Mais c’est sa mutation à l’observatoire météorologique de Clermont-Ferrand qui va tout changer. Tandis qu’il modernise les locaux perchés au sommet du puy de Dôme, Brunhes va logiquement commencer à s’intéresser aux problèmes de la géophysique à peine naissante.

Depuis quelques dizaines d’années, on a observé en Italie que les roches volcaniques du Vésuve ou les poteries romaines possédaient une faible aimantation: celle-ci est due aux petits grains de magnétite qu’elles contiennent, et qui se comportent comme autant de minuscules aimants. Or cette aimantation n’est pas quelconque [1]: elle est alignée sur le champ magnétique terrestre (c’est-à-dire presque vers le nord, et plutôt vers le bas). Car en 1895, Pierre Curie a découvert que si on chauffait un aimant, il perdait son aimantation. Donc au moment où un morceau de lave ou une terre cuite refroidit en-dessous d’environ 600°C, ses petits cristaux de magnétite deviennent des petites boussoles, qui se figent parallèlement au champ magnétique ambiant… c’est-à-dire le champ terrestre ! On parle d’aimantation thermo-rémanente.

En quête de briques

Revenons dans le Massif Central. Autour des différents volcans auvergnats, les géologues de Clermont découvrent régulièrement des roches qu’on appelle des porcelanites: elles se forment quand une coulée de lave encore brûlante vient recouvrir une couche d’argile. La chaleur fait cuire l’argile, et on obtient alors une sorte de brique naturelle. Brunhes, avec son assistant Pierre David, s’en va mesurer l’aimantation de ces porcelanites et des coulées de lave qui les ont créées. Contrairement aux poteries romaines, on est certain que ces couches sédimentaires n’ont pas bougé ! Or sur des coulées anciennes Brunhes mesure des aimantations qui dévient du champ magnétique terrestre actuel… Une porcelanite coincée entre deux couches de lave aura la même aimantation que celle du dessus, mais différente de celle du dessous. Brunhes voit là une opportunité de pouvoir dater les coulées de lave, et donc les éruptions, les unes par rapport aux autres. Pendant les années qui suivent son installation à Clermont-Ferrand, il va écumer les carrières de la région. Et il n’a pas à aller très loin: aux portes mêmes de l’observatoire, les dalles du temple de Mercure dont il a entrepris les fouilles sont en trachyte, une roche volcanique. Et voilà qu’une autre application potentielle se fait jour: en comparant les aimantations on pourrait déterminer de quelle carrière viennent les pierres… c’est la naissance de l’archéomagnétisme.

Mais la première conclusion est d’ordre géophysique: la déclinaison et l’inclinaison ont donc varié au cours des millénaires. Et après tout, ce n’est pas si étonnant, puisque même à l’échelle de quelques siècles (depuis les premières mesures au XVIe siècle), on les a vues changer légèrement. Rien de tout cela n’est encore révolutionnaire… mais en 1905, Brunhes reçoit un petit coup de pouce: un ingénieur des ponts et chaussées lui signale une couche de porcelanite à Pontfarin, près de Cézens dans le Cantal [2].

Brunhes et David se rendent sur place pour ajouter une nouvelle pierre à leur collection paléomagnétique. La coulée basaltique est ancienne: ils la datent du Miocène, soit plus de 5 millions d’années. Et là, stupeur: les argiles de Pontfarin ont enregistré une aimantation inverse ! Le champ magnétique conservé dans la roche pointe vers le haut (à 75°) et pas vers le bas. Toutes les mesures donnent le même résultat, et il n’y a aucune chance pour que la couche sédimentaire ait été retournée. Il faut se rendre à l’évidence: à l’époque de cette coulée de lave, le champ magnétique de la Terre était inversé [3]. Et c’est ce qu’ils communiquent à l’Académie… dans une note d’une page et demi !

La postérité

Mais Brunhes meurt soudainement cinq ans plus tard, à seulement 42 ans. Il ne verra pas grand chose des controverses qui suivront sa découverte: que les pôles magnétiques gigotent un peu, passe encore… qu’ils s’inversent carrément, c’est plus difficile à croire ! Et Brunhes ne verra pas non plus la confirmation qui viendra des observations similaires faites au Groenland, en Écosse, en Australie, en Chine. Il n’entendra pas Alfred Wegener proposer, en vain, sa théorie de translations horizontales des continents. Dans les années 50, on observera sur les fonds océaniques de longues bandes parallèles, à l’aimantation alternée: un coup normale, un coup inverse. C’est l’observation qui manquait, pour que Hess, Vine, Wilson, Stanley, Matthews parviennent à l’idée de l’expansion des fonds océaniques. Quelques années de plus, et Morgan, McKenzie, Parker et Le Pichon formulent la théorie de la tectonique des plaques.

Nous sommes en 1968. La géologie a un nouveau paradigme, et il est né à Pontfarin, dans le Cantal.


Aller plus loin

  • Au sommet du puy de Dôme, le temple de Mercure est en pleine restauration depuis 2015.
  • Les premières observations de la différence entre direction de la boussole et nord géographique, et du fait que les boussoles pointent vers le bas, sont relatées dans le billet précédent celui-ci.
  • La note de Brunhes lue en 1905 à l’Académie des sciences. Je l’avais déjà conseillé mais je recommande à nouveau, parmi le contenu très riche de planet-Terre, ce billet chronologique sur la genèse de la tectonique des plaques, ainsi que cette revue de l’histoire du géomagnétisme, par Vincent Courtillot et Jean-Louis le Mouël, malheureusement pas libre d’accès [et en anglais]. Sinon, l’article biographique de J. Didier et A. Roche sur Brunhes n’est pas en accès libre, et son titre est écorché en trois occurrences sur le site de l’éditeur.
  • Sur Futura-Sciences, revivez les manifestations organisées entre Clermont-Ferrand et le Cantal à l’occasion du centenaire de la découverte de Brunhes.
  • Plus de 100 ans après la découverte de Brunhes, on n’est toujours pas certain de bien comprendre pourquoi et comment le champ magnétique terrestre s’inverse. Ce dont on est sûr, c’est qu’il le fait une à cinq fois par million d’années, de façon totalement irrégulière, et que l’inversion elle-même est très rapide (pour un géologue: moins de 10 000 ans).

[1] Sauf, bien sûr, si la roche ou la poterie a été déplacée.
[2] Retour aux sources pour Brunhes, dont le grand-père paternel, son homonyme, était sabotier à Saint-Flour, juste à côté de Cezens.
[3] Ce qui veut dire qu’à cette époque le nord magnétique était bien dans les environs du pôle nord géographique.

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Une réflexion sur “Renversant !

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