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.<br /><br /> Dans une première partie, nous décrivons et utilisons deux méthodes de modélisation du champ magnétique terrestre.<br />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.<br /> 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.<br /><br /> 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.<br /><br /> 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.

Cette étude cherche à répondre aux besoins des géomagnéticiens: connaissance de la variation séculaire du champ, et des archéomètres: amélioration de la fiabilité des datations archéomagnétiques. Les variations directionnelles du champ magnétique sont bien connues pour les deux demiers millénaires en France, mais les données de paléointensité sont trop sporadiques ou peu fiables pour permettre l'établissement d'une courbe de référence. Nous avons donc cherché à acquérir de nouvelles données par l'étude de l'aimantation thermorémanente (ATR) des terres cuites archéologiques, en utilisant la méthode de Thellier. Nous nous sommes penchés sur les effets de l'atmosphère de chauffe, de l'anisotropie de l'ATR et des différences de vitesses de refroidissement. Vingt trois sites de 11 à 12 échantillons ont été analysés, deux ont été rejetés. Une précision de l'ordre de 5 à 1 0% de l'intensité estimée est atteinte et les résultats obtenus pour des âges proches sont cohérents. Nous avons regroupé ces données avec celles pUbliées pour l'Europe de l'Ouest. Différents modes de traitements ont été appliqués pour préciser l'allure des variations d'intensité durant ces vingt derniers siècles. Durant l'Antiquité l'intensité du champ magnétique terrestre, 1.3 fois plus élevée qu'à l'actuel, aurait faiblement varié, atteignant un maximum vers 200 à 300 ap. J.C.; depuis la fin du Moyen-Age, elle aurait décru assez régulièrement, avec des valeurs variant de 65 à 501JT. L'amplitude de ces variations, bien que faible comparée à la précision des estimations, montre que la connaissance de la paléointensité enregistrée par les terres cuites pourrait permettre de préciser la datation archéomagnétique de celles-ci.

Les changements du champ magnétique terrestre sur une grande gamme d'échelles spatiales et temporelles reflètent les processus variés de la éeodynamo. Je propose un modèle simplifié de la dynamique rapide du noyau, adapté à l'étude des variations du champ magnétique de l'année au siècle ; la variation séculaire. L'hypothèse quasi-géostrophique du modèle est basée sur la prépondérance des forces de rotation par rapport aux forces magnétiques à ces échelles de temps. La partie axisymétrique correspond au formalisme d'ondes de torsion d'Alfvén. La dynamique se place dans le plan équatorial. A la frontière noyau-manteau, l'écoulement interagit avec le champ magnétique radial via la composante radiale de l'équation d'induction. Cette partie du modèle connecte la dynamique et les observations. L'assimilation variationnelle de données permet d'interpréter la variation séculaire en terme de dynamique. Une fonction objectif est minimisée en calculant sa sensibilité par rapport aux variables de contrôle via l'intégration du modèle adjoint. J'illustre cette inversion par des expériences jumelles pour un écoulement stationnaire dans le noyau et pour des ondes de torsion. On accède ainsi à des variables d'état qui ne sont pas directement observées. En utilisant comme observations des écoulements reconstruits à la surface du noyau, cette méthode permet de déduire que la tension magnétique dans le noyau, force de rappel des ondes de torsion, correspond à un champ magnétique fort, au minimum 3-4 mT. De telles ondes de torsion rapides sont cohérentes avec un signal à 6 ans dans les données de variations de la longueur du jour.

L'objectif de ce travail est l'amélioration des courbes de variation séculaire de la direction (inclinaison I et déclinaison D) et de l'intensité (F) du champ magnétique terrestre en Europe occidentale durant le premier millénaire av. J.-C. 47 fours, foyers et lots de tessons céramiques ont été étudiés pour constituer de nouvelles structures de référence. La datation du moment d'acquisition de l'aimantation a été définie en analysant l'ensemble des informations archéologiques et chronométriques disponibles sur les sites. 39 nouvelles archéodirections ont été obtenues après désaimantations thermique et par champ alternatif. Les 18 archéointensités ont été déterminées par le protocole de Thellier-Thellier et généralement corrigées des effets de l'anisotropie et de la vitesse de refroidissement. Les courbes de variation séculaire françaises, construites par moyenne mobile et par la statistique hiérarchique bayésienne, ont été étendues jusqu'en 1500 av. J.-C. pour la direction et jusqu'en 800 av. J.-C. pour l'intensité. L'inclinaison a une variation non monotone entre 65 et 75° entre 1500 et 0 av. J.-C. Les variations de la déclinaison et de l'intensité sont très fortes avec un maximum en 800 av. J.-C. (30° pour D et 90 µT pour F) et un minimum (-5° pour D et 60µT pour F) en 250 av. J.-C. L'interprétation géomagnétique de la variation séculaire est difficile en raison des lacunes des jeux de données de référence hors Europe. Ces nouvelles courbes plus fiables améliorent la datation archéomagnétique au premier millénaire av. J.-C. et étendent son application à l'âge du Bronze final. Du fait de la forte variation séculaire, le premier âge du Fer est la période la plus propice.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude théorique des réseaux optiques brillants et gris, par des modèles uni- ou multidimensionnels. Nous présentons d'abord une méthode d'élaboration et de classification systématique des réseaux optiques multidimensionnels en utilisant des arguments de cristallographie. Une approche semi-classique basée sur des simulations de Monte-Carlo est ensuite mise au point dans le cadre des réseaux optiques unidimensionnels pour diverses transitions atomiques. Ce modèle, ainsi que le modèle quantique des bandes, sont utilisés pour l'étude de la température et du magnétisme des réseaux optiques brillants et gris. Le comportement magnétique général trouvé est en bon accord avec des expériences récentes. Nous étudions enfin un nouveau type de réseau gris bidimensionnel, comportant une structure périodique d'antiplots. La dynamique atomique au sein de ce réseau est analysée au moyen de spectroscopie pompe-sonde, permettant de mettre en évidence un comportement dynamique très original.