Abstract | La dynamique des ceintures de radiation est généralement modélisée par des codes numériques s’appuyant sur une équation de Fokker-Planck. Elle prend en compte les différentes composantes du mouvement des particules piégées par le champ magnétique (giration, rebond, dérive). Le plus souvent, des simplifications sont réalisées et toutes les composantes du mouvement ne sont plus observables
Le code Salammbô 3D développé au Département Environnement SPatial (DESP) de l’ONERA est de ce type, et a acquis une maturité reconnue mondialement. Il constitue aussi bien un modèle physique sur lequel s'appuie le développement des futurs modèles de spécification d'environnement, qu’un laboratoire virtuel d’observation et d'analyse des mécanismes physiques gouvernant la dynamique des ceintures de radiations.
Néanmoins, le code Salammbô 3D ne prend pas en compte le temps local magnétique, limitant sa résolution temporelle à l’échelle de l’heure. Or, la dynamique d’un orage magnétique fait intervenir une échelle de temps inférieure. Les variations spatiales de flux pendant un orage sont, de plus, très inhomogènes en temps local magnétique. On observe, par exemple, en orbite géostationnaire, davantage d’anomalies en vol du côté nuit et des environnements radiatifs très variables en fonction du temps local magnétique. En outre, avec cette limitation temporelle horaire, la dynamique des particules de basse énergie (inférieure à la centaine de keV) est mal prise en compte. Ce poster présente nos travaux actuels pour développer un nouveau code Salammbô 4D (trois coordonnées spatiales et l’énergie) prenant en compte la dimension temps local magnétique. L’objectif est de raffiner la modélisation de la dynamique des ceintures de radiation terrestres lors d’un orage magnétique à une échelle de temps inférieure à l’heure. La difficulté de ce travail est double.
Tout d’abord, l’ajout d’une dimension supplémentaire entraîne l’apparition d’un terme d’advection lié à la dérive électromagnétique autour de la Terre. Ce terme est source d’une importante diffusion numérique qu’il convient de limiter. Nous décrivons ici le travail réalisé pour aboutir à un traitement optimal de la diffusion numérique par méthode des limiteurs appliquée au schéma Beam-Warming. Cette méthode permet une bonne propagation de la condition initiale, sans oscillations parasites ni dispersion et avec un minimum de diffusion numérique.
Nous décrivons ensuite l’aspect théorique du « mapping », c’est-à-dire le passage du référentiel des coordonnées spatiales à celui des coordonnées de l’espace des phases, et inversement. Cette étape est essentielle pour avoir une représentation fidèle de la dynamique des ceintures de radiation en fonction du temps local magnétique. En effet, la résolution de l’équation de diffusion se fait dans l’espace des phases et la représentation graphique s’effectue quant à elle dans l’espace des coordonnées spatiales.
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