Offre de thèse à l'IPGP

Soumis par mchane-y le sam, 29/02/2020 - 17:21

Annonce transmise par Pierdavide Coïsson (IPGP)

 

Offre de thèse à l’Université de Paris, Institut de physique du globe de Paris.
 

Contacter Pierdavide Coïsson (coisson@ipgp.fr) et Gauthier Hulot (gh@ipgp.fr) for plus d’information.
 

Titre de la thèse:

Etudes des siffleurs dans les fréquences extrêmement basses détectés par la mission Swarm: signaux d'opportunité pour sonder l'ionosphère sous les orbites satellitaires basses

 

Résumé:

La mission Swarm de l’ESA comprend 3 satellites lancés en 2013 en orbite quasi-polaire basse dérivant lentement d'heure locale, pour étudier toutes les sources du champ magnétique terrestre et continuera au moins jusqu'en 2021. Chaque satellite embarque un Magnétomètre Scalaire Absolu (ASM) sous la responsabilité de l'IPGP, conçu par le CEA-Léti et financé par le CNES. L’ASM produit nominalement des données à 1 Hz pour les objectifs scientifiques et l’étalonnage des Magnétomètres Vectoriels Fluxgate (VFM) de Swarm, mais il peut aussi fonctionner en mode burst, à 250 Hz, permettant de sonder le champ magnétique à des fréquences encore jamais explorées avec autant de précision. Initialement le mode burst avait été testé pendent quelques sessions au début de 2014, permettant de détecter des signaux géophysiques spécifiques. Maintenant, depuis 2019 la mission enregistre des sessions burst d’une semaine tous les mois. L’objet de cette thèse est de contribuer à l’exploitation de ces données, associée à des observations depuis le so, pour améliorer la compréhension du couplage électromagnétique entre l'atmosphère neutre et l'ionosphère.

Un premier groupe de signaux d’intérêt est constitué par les siffleurs (whistlers en anglais) qui sont observés par Swarm dans les fréquences extrêmement basses (ELF). Ils sont générés par les éclairs les plus intenses qui se produisent dans les foyers orageux. Ces siffleurs sont des phénomènes connus, mais n’ont encore jamais été étudiés systématiquement dans cette gamme de fréquences depuis les orbites basses terrestres. Ils montrent qu’une fraction de l'énergie du signal des éclairs parvient à pénétrer dans l'ionosphère et rejoindre les satellites, même à ces fréquences normalement piégées dans l’atmosphère neutre. Cette propagation dépend par ailleurs de l'orientation du champ magnétique et des propriétés du plasma ionosphérique.

 

L’étude de ces signaux peut donc fournir des informations importantes sur la distribution des éclairs dans l’atmosphère terrestre, les conditions permettant au signal ELF de pénétrer dans l’ionosphère, et l’état de l’ionosphère sur le trajet du signal entre l’éclair et les satellites. Une étude de faisabilité est en cours visant à analyser conjointement les données des satellites Swarm, de stations ELF au sol et d’ionosondes pour contraindre toute cette chaine de phénomènes. En effet le signal reçu par les satellites présente une dispersion qui dépend fortement des conditions de l’ionosphère traversée. Un modèle de propagation de signaux ELF pourra être développé pendant ce travail de thèse. Cela permettra d’obtenir des informations précieuses pour tester et améliorer les modèles ionosphériques empiriques, comme le modèle International Reference Ionosphere (IRI), largement utilisés pour de nombreuses applications. Une stratégie d’amélioration de ces modèles exploitant les caractéristiques des siffleurs détectés par Swarm et les mesures in-situ de densité électronique pourrait donc être développée.

S’il est prévu que l’étude des whistlers forme le coeur de ce projet de thèse, d’autres signaux géophysiques pourront aussi être étudiés. Des signaux complexes ont par exemple été observés lors du franchissement des bulles de plasma. Ces bulles se produisent la nuit aux basses latitudes et perturbent les signaux GNSS. Les signaux détectés montrent que des courants à petite échelle se produisent aux frontières de ces bulles, jouant probablement un rôle dans leur développement. L’exploitation des données burst pourrait donc aussi permettre de progresser sur la compréhension de la dynamique de ces phénomènes. Il n’est par ailleurs pas exclu que des signaux transitoires supplémentaires (résonances de Schumann, ondes d'Alfvén…) puissent également être détectés grâce aux futures données burst. Toutes ces recherches devraient améliorer notre compréhension de l'environnement spatial terrestre et de ses connexions avec la basse atmosphère.

Le candidat retenu rejoindra l'équipe de géomagnétisme, bénéficiera de l'expérience de cette équipe avec la mission Swarm et les instruments ASM, ainsi que de développements logiciels très avancés, notamment pour le traitement des données en mode burst et pour le calcul de la propagation des siffleurs. Enfin, le candidat pourra aussi être impliqué dans le projet de nanosatellite NanoMagSat qui vise à mesurer de façon continue le champ magnétique de la Terre jusqu'à 600 Hz en exploitant une version miniaturisée des instruments ASM.