Développement de la micromagnétométrie appliquée aux sciences de l'Univers – MagMap

Les mesures d'aimantations classiquement effectuées dans les laboratoires de paléomagnétisme concernent des échantillons de taille centimétrique. D'autre part, des techniques comme la microscopie à force magnétique fournissent des images à très haute résolution des domaines magnétiques (jusqu'à quelques dizaines de nm), mais ne fournissent pas de données quantitatives et sont plus adaptées à la physique ou au magnétisme des roches fondamental. Un nombre croissant d'applications du paléomagnétisme et du magnétisme des roches nécessitent des mesures d'aimantation à une échelle intermédiaire (dans la gamme 10-500 µm) et surtout nécessitent une cartographie de la distribution d'aimantation dans les échantillons. C?est le cas en particulier de l?étude du magnétisme des matériaux extraterrestres. Le coeur de ce projet est de développer une série de nouveaux instruments de mesure magnétique qui peuvent être utilisés pour réalisé une cartographie quantitative à haute résolution (10-500 µm) de la distribution d'aimantation d'échantillons géologiques et extraterrestres polis. Ce développement comblera le manque existant pour ce type de mesure pour la communauté des sciences de l'Univers, et ouvrira une large gamme de nouvelles applications du paléomagnétisme et du magnétisme des roches, en particulier dans le domaine du magnétisme extraterrestre. Nous proposons trois approches complémentaires que nous avons déjà validées expérimentalement: 1) un scanner magnétique avec capteur utilisant le phénomène de Magnéto Résistance Géante 2) un microscope magnétique basé sur l'effet magnéto-optique Faraday 3) un scanner magnétique avec une micro-sonde à effet Hall. En ce qui concerne le premier instrument, un premier instrument est déjà opérationnel au CEREGE et les résultats encourageants justifient un développement plus poussé du système: amélioration de la sensibilité et de la résolution spatiale, mesure de la susceptibilité magnétique. Le second système a lui aussi été testé avec succès. Son développement devrait permettre d'obtenir des cartes magnétiques à température variable et sous champ appliqué pour cartographier les transitions de phase, les températures de blocage et de déblocage, ou les températures de Curie. Enfin, le troisième instrument offre une résolution spatiale de quelques µm. Nous développerons des procédures spécifiques pour inverser les données de champ magnétique et remonter à la distribution d'aimantation dans les échantillons. En plus de l'intérêt scientifique et technologique que présente le développement de ces instruments pour les physiciens engagés dans le projet, le but principal de ce projet est d'utiliser ces nouveaux instruments dans le domaine des Sciences de L'Univers : paléomagnétisme et le magnétisme des roches des matériaux extraterrestres, et effets des chocs sur l'aimantation et les propriétés magnétiques des roches. Dans le domaine du magnétisme extraterrestre, le projet central est l'étude de l'aimantation remanente naturelle des météorites, en particulier des chondrites primitives qui sont les plus à même d'avoir conservé des informations sur les champs magnétiques primordiaux dans le système solaire jeune. Les météorites martiennes et les achondrites HED présentent aussi un intérêt majeur (pour déterminer l'existence éventuelle de paléo-dynamos sur leur corps parent respectif). Enfin les chondrites équilibrées méritent aussi d'être étudiées car l'existence même d'une aimantation rémanente dans ces météorites est une énigme. Dans le domaine du magnétisme et des chocs, nous proposons une approche innovante qui combine les chocs par laser pulsé et la micromagnétométrie. Les chocs laser peuvent créer des pressions atteignant plusieurs dizaines de GPa à la surface des échantillons. En utilisant la micromagnétométrie, il est possible d'explorer les effets magnétiques sur toute la gamme de pression, depuis la pression maximum au point d'impact, jusqu'à une pression nulle à quelques mm du point d'impacts. Ce travail expérimental sera conduit en parallèle à une série d'études paléomagnétiques plus standards sur des structures d'impact terrestres. Les techniques de micromagnétométrie décrites ici peuvent être utilisées pour identifier les porteurs magnétiques de n'importe quelle roche dans le cadre d'études de magnétisme des roches plus "classiques", en comparant les cartes magnétiques avec des cartes élémentaires ou des images MEB ou optiques. La cartographie de susceptibilité magnétique, des températures de blocage/déblocage, des températures de Curie viendra également ouvrir de nouvelles possibilités pour nos études magnétiques sur les roches terrestres. A long terme, le but est de développer au CEREGE un pôle de micromagnétométrie sans équivalent. Un tel pôle sera ouvert à la communauté des Sciences de l'Univers ( en particulier aux paléomagnéticiens et magnéticiens de roches) à l'échelle nationale et internationale.