nous baignons dans un champ magnétique

Nous baignons dans un champ magnétique. Grâce à notre boussole, nous pouvons percevoir la force qu’il produit à distance, d’où le terme de champ de force. En effet, la mise en mouvement de l’aiguille, en libre rotation sur son axe vertical, est produite par cette force qui interagit avec le champ magnétique créé par l’aiguille aimantée.

A priori, en l’absence d’instrument, nous ne pouvons percevoir ce champ magnétique.

Sur la Terre, nous interagissons avec un autre champ de force agissant aussi à distance, le champ de pesanteur, qui est quant à lui très perceptible. C’est lui qui fait tomber par terre la pomme qui se détache de l’arbre. Contrairement au champ magnétique, nous percevons de manière innée cette force qui nous permet de nous maintenir à la surface de la Terre en déterminant une position debout, verticalement, ou le haut et le bas.

Nous et notre environnement, c’est-à-dire la matière dont nous sommes constituée ainsi que celle qui nous entoure, interagit avec ce champ magnétique. Si cette interaction entre la matière et le champ magnétique terrestre n’existait pas, le champ magnétique à la surface de la Terre apparaitrait pratiquement identique dans un rayon de quelques kilomètres autour d’un point. Au-delà de quelques kilomètres, la variation décrite figure 1 deviendrait notable.

Selon la nature de la matière, l’interaction peut être très faible à très forte.
– Les matériaux ayant la plus faible interaction repoussent très légèrement le champ magnétique. L’eau, le verre, les molécules organiques telles que les fibres végétales ou animales comme la cellulose, ou encore le quartz, la calcite comme exemple de minéraux, sont des matériaux de ce type.
– A l’opposé, les matériaux très riches en fer, comme le fer métal (état du fer créé sur la Terre depuis la découverte de la métallurgie du fer par l’homme à partir de l’âge du fer) ou des minéraux naturels (oxydes et sulfures) attirent très fortement le champ magnétique. Sous certaines conditions, ils peuvent se comporter comme des aimants naturels, comme la magnétite par exemple qui est le minéral naturel le plus magnétique (à noter la racine commune des deux termes). Dans ce cas, l’aimantation permanente qu’un grain magnétique porte génère autour de lui un champ magnétique qui s’additionne au champ magnétique terrestre local. En plus de cette aimantation permanente – dite rémanente – il existe une aimantation non permanente – dite induite – produite par la force du champ magnétique terrestre. L’aimantation induite ainsi produite est alignée avec le champ magnétique ambiant, ce qui tend à augmenter localement son intensité. Ainsi le champ magnétique local résulte de la somme des champs magnétiques créés par les aimantations permanent et non permanent du grain magnétique et du champ magnétique terrestre local en l’absence du grain magnétique.
Si nous considérons le grain magnétique et la matière qui l’entourent, il y a donc une déformation locale du champ magnétique résultant à la fois de l’aimantation permanente portée par les grains et de l’interaction actuelle entre le champ magnétique et la matière. Cette déformation est d’autant plus importante que la densité de matière magnétique est élevée, que les grains magnétiques sont capables de porter une forte aimantation permanente (cela dépend du minéral et de la taille des grains) et que l’aimantation permanente de l’ensemble des grains naturelle présente une direction commune.
– Enfin, les autres matériaux attirent légèrement le champ magnétique sans être capable de porter une aimantation permanente. C’est le cas de la plus part des minéraux.
A l’échelle d’observation, la déformation du champ magnétique local sera donc d’autant plus forte qu’il y aura une forte variation de concentration en minéraux magnétiques (l’équivalent d’une multitude d’aiguilles de boussoles chacune de la taille d’un milliardième de mètre) et que ces minéraux portent une même direction d’aimantation (toutes les aiguilles aimantés des boussoles indiquant la même direction).

Et le feu alors…

Le feu peut agir de deux manières sur la déformation locale du champ magnétique.
1- Si la température du sol sous le feu dépasse 200 à 250°C (température atteinte dans le premier centimètre de profondeur en moins d’une heure avec un feu de camp) alors de la magnétite peut être créée par déshydratation d’un oxyde de fer hydraté, si il est présent.
2- Si le sol atteint une température pouvant varier de la température ambiante (environ 14°C en grotte) jusqu’à 700°C ou plus alors, les grains magnétiques porteurs d’une aimantation permanente vont libérer cette aimantation (la multitude d’aiguilles aimantées d’un milliardième de mètre vont avoir leur rotation libérée à une température qui leur est propre selon leur taille et leur nature) et vont s’aligner selon la direction du champ magnétique ambiant. Lors du refroidissement l’orientation sera figée, fossilisant ainsi la direction du champ magnétique local de l’époque.

Ainsi, même en l’absence de trace visibles d’indice de feu (charbon de bois, cendre, matériaux rougis…), la déformation locale du champ magnétique  traduit la présence d’une zone de chauffe. Si les matériaux chauffés sont déplacé, remobilisé, alors l’ordre magnétique généré par l’alignement des aimantations sera détruit, la déformation locale du champ magnétique sera alors désordonnée et atténuée.

La géométrie de la déformation du champ magnétique local est dépendante de sa direction, en particulier de son inclinaison par rapport au plan horizontal. Cette variation est étroitement liée à la latitude du site puisque le champ magnétique terrestre est assimilable à un champ dipolaire.

L’écart entre le champ moyen local et le champ mesuré est appelé une anomalie. A notre latitude l’anomalie produite par les aimantations générées par un paléo-feu sont dipolaires, avec un pôle négatif au nord et positif au sud. La forme de cette anomalie en fonction de la latitude peut être déterminée par modélisation.