Le fait qu’une partie du champ géomagnétique change rapidement est un indice important de son origine. L’explication la plus simple et la plus plausible de l’existence du champ est que la Terre est un aimant permanent, analogue à un barreau aimanté dont l'axe serait incliné de 11° par rapport à l'axe de rotation de la Terre.

Mais si c’était des parties solides du globe qui devaient se mettre en mouvement de façon à produire des changements aussi rapides du champ géomagnétique, la planète serait déjà désintégrée depuis longtemps.

Par conséquent, le champ doit prendre naissance dans une partie de la Terre où un mouvement rapide peut avoir lieu sans perturbation violente, c’est à dire dans le noyau externe fluide.

La Terre est composée de 4 couches : le noyau, une graine solide, autour un noyau externe liquide à haute température (entre 2000 et 4000°C) situé entre 2900 et 5100 km de profondeur, et enfin le manteau et la croûte qui forment la surface terrestre. On sait aussi que les mouvements de convection thermique dans un champ magnétique des particules chargées qui se trouvent dans le noyau externe, génèrent des courants électriques et que les courants électriques produisent un champ magnétique.

Donc, la seule explication du champ magnétique est qu’il résulte, en quelque sorte, de mouvements dans le fer du noyau externe, avec un effet comparable à celui d’une dynamo en auto-excitation : en s’exprimant, par analogie, en termes d’électromécanique, on peut aisément le comprendre. Le dispositif consiste en un solénoïde placé sous un disque de cuivre monté sur un axe en rotation constante. Un fil relie alors le bord du disque à l’axe via le solénoïde et un galvanomètre. Les contacts avec le disque et l’axe se font par frottement (balais).

Pour faire démarrer le processus il suffit d’appliquer un champ magnétique initial pendant un court moment. Si un conducteur est en mouvement dans un champ magnétique, un courant est induit ; ainsi, le champ magnétique initial induira un courant dans le disque en rotation. Ce courant parcourra le circuit et traversera en particulier le solénoïde. Mais un courant circulant dans un fil conducteur produit un champ magnétique et, ainsi, le courant généré produira un champ magnétique dans le solénoïde qui générera alors un autre courant dans le disque et ainsi de suite. L’appareil produira ainsi un champ magnétique à l’infini. Mais cette machine n’est pas à mouvement perpétuel, car il faut toujours de l’énergie pour maintenir le disque en rotation.

En connectant deux appareillages, il est non seulement possible de générer un champ magnétique perpétuel, mais encore de faire apparaître de temps à autre des inversions spontanées du champ. En fait, une version légèrement plus complexe de ce système, remplaçant les disques par des cylindres, a effectivement fonctionné à l’université de Newcastle, en Angleterre.

Voyons ce qui se passe dans la Terre : le fer du noyau externe est l’équivalent du matériel conducteur du disque, et la source d’énergie maintenant le conducteur en mouvement vient sans doute de la désintégration d’isotopes radioactifs. Le champ magnétique initial mettant en branle le processus du champ pourrait être un champ égaré provenant du Soleil ou être causé par le faible champ magnétique qui existe dans notre galaxie.

La composition géologique du sol, propre à chaque lieu, a une influence sur le champ magnétique. En effet, des roches magnétiques situées à faible profondeur dans la Terre créent un champ magnétique, on peut alors observer des anomalies locales du champ. Au voisinage de points foudroyés, la roche a été aimantée par le champ magnétique intense produit par le courant électrique correspondant au coup de foudre (son intensité se compte en dizaines de milliers d’Ampère), et les anomalies peuvent être énormes, mais sur des surfaces limitées. Par exemple le Bassin Parisien est un vieux bassin sédimentaire où les lignes de champ marquent une irrégularité, ainsi les explications se trouvent dans les couches profondes.

Les variations du champ géomagnétique induisent dans le sol, légèrement conducteur, des courants électriques par effet de peau. Ces nappes de courant créent un champ magnétique en surface : le champ tellurique.

Les anomalies locales et le champ tellurique forment un champ non dipolaire, irrégulier et en moyenne plus faible que le champ dipolaire.

En coordonnées sphériques, le rotationnel s'écrit :

Il faut calculer , avec .

Comme "tourne autour de ", on aura : .

Au contact de la magnétosphère, les particules chargées, de grande énergie, provenant du vent solaire sont piégées par le champ magnétique dans des régions en forme d'anneau entourant la Terre appelées ceintures de radiation ou ceintures de Van Allen. Il existe deux ceintures de radiation : une ceinture interne chargée positivement, et une ceinture externe chargée négativement, plus éloignée de la Terre. Ces ceintures protègent la Terre des rayonnements de particules de haute énergie, donc des orages magnétiques.

Le Soleil est le siège d'éruptions qui éjectent une très grande quantité d'ions à grande vitesse. Cette activité est cyclique avec un maximum en fréquence et en force tous les 11 ans, le prochain sera en été 2000.

Certaines de ces éruptions frappent la Terre, et peuvent parfois traverser les ceintures de radiation, on parle alors d'orages magnétiques. Ces orages ont des effets nocifs pour l'homme et l'électronique, particulièrement dans l'espace à cause de l'absence de l'atmosphère terrestre :

• ils dégradent les composants des satellites en particulier les semi-conducteurs et les instruments d'optique (le satellite américain de communication Telstar 401 fut ainsi rendu inopérant)
• ils créent de fortes radiations qui sont une menace pour les astronautes.

également sur Terre :

L'homme a maintenant les moyens de prévoir les orages magnétiques par l'observation du soleil, et il prendre des mesures de protection (arrêt de certains appareils sensibles, déconnection des liens formant le réseau électrique...).

But : déterminer la composante horizontale du champ géomagnétique.

Mesures effectuées :

• Période des oscillations d’un aimant, caractérisé par son moment dipolaire.

• Angle de déviation de l’aiguille de la boussole quand on ajoute au champ magnétique terrestre le champ créé par l’aimant dirigé perpendiculairement à l’axe Nord-Sud (première position de Gauss).

Détermination du moment d’inertie de l’aimant par rapport à (Oz) :

On applique le théorème du moment cinétique à l’aimant :

Comme est petit, on a sin(), ce qui nous donne l’équation différentielle :

On en déduit : or

De plus

d’où

Les mesures se faisaient auparavant au sol. Mais depuis la démocratisation de l’aviation, les mesures se font à bord d’avions ce qui permet d’avoir une continuité des lignes de champ et supprime les anomalies très localisées. Les changements d’altitude n’entraînent qu’une très faible diminution de la valeur du champ magnétique.