Le Champ Magnétique Terrestre : Structures Spatiales et Variations Temporelles vues par les Ondelettes - Université Pierre et Marie Curie Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2004

The Earth 's Magnetic Field: Spatial Structures and Temporal variations seen by the Wavelets

Le Champ Magnétique Terrestre : Structures Spatiales et Variations Temporelles vues par les Ondelettes

Résumé

The aim of this work is a better description and understanding of the spatial structures and temporal variations
of the Earth's magnetic field.

In the first part, we described and used two methods to model the geomagnetic field.

The first used method is the spherical harmonics analysis. Using measurements
provided by the magnetic observatories and the recent satellites, Ørsted and CHAMP, and
applying various selection criteria to these datasets,
we computed candidate models for the DGRFs 1995 and 2000.

The second developed method is the description of the geomagnetic field using the wavelet frames.
The chosen wavelets are the Poisson ones which derive from the same generating function as the spherical harmonics.
The comparisons between wavelet frames and spherical harmonics, as well as the representations of scalar functions
on the sphere, illustrate the flexibility of the method: the development in wavelet frames really suit to the data distribution.
The same model contains small spatial scales in zones covered by a dense dataset
and larger spatial scales in areas with sparsed measurements. Vector fields derived from harmonic potentials,
as magnetic and gravity field, are developed on wavelet frames.

In the second part, we study the temporal variation of the main geomagnetic field, known as
secular variation. Its more enigmatic characteristic is the occurrence,
at irregular intervals, of abrupt changes of its tendency: the geomagnetic jerks.
These events are detectable by wavelet analysis in observatory monthly mean series.
Unfortunately, the observatory distribution is uneven at the Earth's surface. To circumvent this problem
and to find a solution for geomagnetic jerks study all over the Globe, the use of continuous field models,
like comprehensive model, is suitable.

We studied, by simple methods, the temporal and spatial
distributions of jerks detected in these models, at any point
of the sphere over the four last decades. We focused on jerks around 1971, 1980 and 1991
and highlighted "blind" zones, where no jerk is clearly detected.
In the last chapter, we present a possible relation between the geomagnetic jerks and a physical parameter
at the surface of the core, the absolute dynamic pressure.

The use of the wavelets, as tools of modelling and/or analysis, makes it possible to explore all the spatial
and/or temporal scales of the geomagnetic field.
Le travail présenté dans ce mémoire a eu pour but une meilleure description et compréhension des structures spatiales et des variations temporelles du champ magnétique terrestre.

Dans une première partie, nous décrivons et utilisons deux méthodes de modélisation du champ magnétique terrestre.
La première méthode utilisée est le développement en harmoniques sphériques. En utilisant les mesures fournies par les observatoires magnétiques et par les récents satellites, Ørsted et CHAMP, et en leur appliquant des critères de sélection, nous avons calculé des modèles candidats aux DGRFs de 1995 et 2000.
La seconde méthode que nous avons développée est la description du champ géomagnétique à l'aide des frames d'ondelettes de Poisson. Les comparaisons avec les harmoniques sphériques et les représentations de fonctions scalaires sur la sphère, illustrent la flexibilité de la méthode : le développement en frames d'ondelettes s'adapte à la répartition des données sur la sphère. Un même modèle en frames d'ondelettes comporte de petites échelles spatiales dans les zones où les données sont denses et des échelles spatiales plus grandes dans les régions où elles sont plus disparates. Les champs vectoriels dérivant de potentiels harmoniques, tels le champ magnétique et le champ de pesanteur, sont développés à partir des frames d'ondelettes.

Dans la seconde partie, nous étudions la variation temporelle du champ magnétique terrestre principal, la variation séculaire. Sa caractéristique la plus énigmatique est l'occurrence, à intervalles irréguliers, de brusques changements de sa tendance : les secousses géomagnétiques. Ces évènements sont détectables par l'analyse en ondelettes appliquée aux moyennes mensuelles des observatoires. Malheureusement, la distribution des observatoires est très irrégulière à la surface du Globe. Pour contourner ce problème dans l'étude des secousses géomagnétiques, une solution s'est alors imposée : l'utilisation de modèles de champ globaux et continus dans le temps, de type "comprehensive model". Nous avons ainsi étudié, par des méthodes simples, les répartitions temporelles et spatiales des secousses, vues par ces modèles, en tout point du globe sur les quatre dernières décennies. Nous nous sommes focalisé sur les secousses autour de 1971, 1980 et 1991 et avons mis en évidence des zones "aveugles", ou aucune secousse n'a été clairement détectée. Enfin, nous présentons une possible relation entre les secousses géomagnétiques et un paramètre physique à la surface du noyau, la pression dynamique absolue.

L'utilisation des ondelettes, en tant qu'outils de modélisation et d'analyse, permet d'explorer les échelles spatiales et temporelles du champ magnétique terrestre.
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Dates et versions

tel-00008021 , version 1 (12-01-2005)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00008021 , version 1

Citer

Aude Chambodut. Le Champ Magnétique Terrestre : Structures Spatiales et Variations Temporelles vues par les Ondelettes. Géophysique [physics.geo-ph]. Institut de physique du globe de paris - IPGP, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00008021⟩
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