L'ionosphère du côté nuit de Mars reste encore à ce jour une zone mystérieuse et peu connue de l'environnement Martien. Les déplétions d'électrons suprathermiques sont des structures spécifiques à cette région, observées jusqu'à présent par trois satellites : Mars Global Surveyor (MGS), Mars EXpress (MEX) et Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN). Leur étude permet aussi bien l'observation de la structure et de la dynamique de l'ionosphère du côté nuit que celle de l'atmosphère neutre, de la topologie magnétique martienne, ainsi que l'étude de l'échappement atmosphérique de Mars. Des structures aussi différentes que les cornets magnétiques, les couches de courants ou encore le terminateur ultra-violet peuvent être examinées à travers les déplétions d'électrons suprathermiques, de par les mécanismes à l'origine de leur présence du côté nuit de Mars. Le but principal de ma thèse a été de tirer parties des trois jeux de données offerts par les satellites MGS, MEX et MAVEN pour mieux comprendre les mécanismes à l'origine des déplétions d'électrons suprathermiques observées du côté nuit ainsi que leur impact sur la structure et la dynamique de l'ionosphère du côté nuit. Dans cette optique, trois critères simples adaptés à chaque mission ont été développés pour identifier les déplétions d'électrons suprathermiques dans une base de données allant de 1999 à 2017. Une étude statistique a révélé la présence d'une région de transition autour de 170 km d'altitude séparant la région collisionnelle dans laquelle les déplétions d'électrons suprathermiques sont directement dues à l'absorption des électrons par le CO_2 atmosphérique, et la région non-collisionnelle dans laquelle elles sont principalement dues aux boucles fermées de champs magnétique d'origine crustale. La compréhension de ces mécanismes m'a permis d'estimer la localisation du terminateur ultra-violet. Celui-ci est situé en moyenne ~120 km au-dessus du terminateur optique. Cette altitude varie entre le côté soir et le côté matin, et une variation saisonnière est prédite par les modèles atmosphériques. / The nightside ionosphere of Mars still remains an unfamiliar and mysterious place. Nightside suprathermal electron depletions are specific features of this region which have been observed at Mars by three spacecraft to date: Mars Global Surveyor (MGS), Mars EXpress (MEX) and the Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) mission. Their study enables the observation of the nightside ionosphere structure and dynamics as well as the underlying neutral atmosphere, the specific Martian magnetic topology, and possible conduits for atmospheric escape. Structures as different as magnetic cusps, current sheets or the UV terminator can be investigated through suprathermal electron depletions, due to the processes leading to their observation on the nightside of Mars. The main goal of my PhD has been to use the complementarity of the three missions MGS, MEX, and MAVEN to understand the different mechanisms at the origin of suprathermal electron depletions and their implication on the structure and the dynamics of the nightside ionosphere. In this context, three simple criteria adapted to each mission have been implemented to identify suprathermal electron depletions from 1999 to 2017. A statistical study reveals a transition region near 170 km altitude separating the collisional region where suprathermal electron depletions are directly due to electron absorption by atmospheric CO_2 and the collisionless region where they are mainly due to electron exclusion by closed crustal magnetic field loops. Understanding of these phenomena enables me to estimate the location of the UV terminator. It appears to be located ~120 km above the optical terminator, though this location is different between the dawn and dusk terminator and is expected to vary throughout the different Martian seasons.

La problématique étudiée est le contrôle non destructif par courants de Foucault de matériaux ferromagnétiques à l'aide d'un capteur à magnétorésistance géante (GMR). Durant ces travaux deux aspects complémentaires ont été abordés : l'un concerne la mesure expérimentale pour essayer de quantifier et de s'affranchir du bruit de structure et du champ magnétique rémanent, l'autre le développement d'un modèle numérique d'interaction. En ce qui concerne la partie expérimentale plusieurs études avec un capteur GMR qui présente un intérêt particulier en raison de sa bonne sensibilité à basses fréquences, de sa dynamique et de la relative simplicité de mise en œuvre ont été conduites et ont permis d'identifier et quantifier les phénomènes d'artefacts spécifiques aux matériaux ferromagnétiques : le bruit de structure et le champ magnétique rémanent. Une solution basée sur une combinaison linéaire des données expérimentales obtenues à plusieurs fréquences est appliquée pour atténuer le bruit dû à la structure du matériau. Le champ magnétique rémanent a été analysé expérimentalement et un circuit d'asservissement permettant de fixer un point de polarisation dans la zone de fonctionnement linéaire de la GMR et ainsi d'atténuer les perturbations dues aux champs magnétiques rémanents est mis en place. En parallèle et dans l'optique de développer des outils de simulation permettant de mieux comprendre les phénomènes physiques et ainsi d'optimiser les procédés de contrôle, un modèle numérique d'interaction simulant le cas du contrôle d'une pièce plane ferromagnétique d'une ou plusieurs couches pouvant contenir un ou plusieurs défauts est développé. Il étend un modèle déjà existant dans un cas non-ferromagnétique déjà intégré dans la plateforme de simulation CIVA développé par le CEA-LIST et permettant la simulation du Contrôle Non Destructif par Courants de Foucault. Il est basé sur une méthode d'intégrales de volume (VIM) et l'utilisation des tenseurs ou dyades de Green. La solution est obtenue après la discrétisation du volume de calcul et l'application d'une variante de Galerkin de la Méthode des Moments (MoM). La réponse de la sonde est ensuite calculée en appliquant le théorème de réciprocité de Lorentz. Des collaborations avec deux laboratoires universitaires (le Laboratoire de Génie Électrique de Paris (LGEP) et l'Université de Cassino (Italie)) ont permis de comparer les résultats issus des trois différents modèles sur un cas de la littérature. Les résultats se sont révélés satisfaisants et plusieurs études de convergence ont permis d'analyser la stabilité du modèle.

La problématique étudiée est le contrôle non destructif par courants de Foucault de matériaux ferromagnétiques à l’aide d’un capteur à magnétorésistance géante (GMR). Durant ces travaux deux aspects complémentaires ont été abordés : l’un concerne la mesure expérimentale pour essayer de quantifier et de s’affranchir du bruit de structure et du champ magnétique rémanent, l’autre le développement d’un modèle numérique d’interaction. En ce qui concerne la partie expérimentale plusieurs études avec un capteur GMR qui présente un intérêt particulier en raison de sa bonne sensibilité à basses fréquences, de sa dynamique et de la relative simplicité de mise en œuvre ont été conduites et ont permis d’identifier et quantifier les phénomènes d’artefacts spécifiques aux matériaux ferromagnétiques : le bruit de structure et le champ magnétique rémanent. Une solution basée sur une combinaison linéaire des données expérimentales obtenues à plusieurs fréquences est appliquée pour atténuer le bruit dû à la structure du matériau. Le champ magnétique rémanent a été analysé expérimentalement et un circuit d’asservissement permettant de fixer un point de polarisation dans la zone de fonctionnement linéaire de la GMR et ainsi d’atténuer les perturbations dues aux champs magnétiques rémanents est mis en place. En parallèle et dans l’optique de développer des outils de simulation permettant de mieux comprendre les phénomènes physiques et ainsi d’optimiser les procédés de contrôle, un modèle numérique d’interaction simulant le cas du contrôle d’une pièce plane ferromagnétique d’une ou plusieurs couches pouvant contenir un ou plusieurs défauts est développé. Il étend un modèle déjà existant dans un cas non-ferromagnétique déjà intégré dans la plateforme de simulation CIVA développé par le CEA-LIST et permettant la simulation du Contrôle Non Destructif par Courants de Foucault. Il est basé sur une méthode d’intégrales de volume (VIM) et l’utilisation des tenseurs ou dyades de Green. La solution est obtenue après la discrétisation du volume de calcul et l’application d’une variante de Galerkin de la Méthode des Moments (MoM). La réponse de la sonde est ensuite calculée en appliquant le théorème de réciprocité de Lorentz. Des collaborations avec deux laboratoires universitaires (le Laboratoire de Génie Électrique de Paris (LGEP) et l’Université de Cassino (Italie)) ont permis de comparer les résultats issus des trois différents modèles sur un cas de la littérature. Les résultats se sont révélés satisfaisants et plusieurs études de convergence ont permis d’analyser la stabilité du modèle. / The aim of this work is the eddy-current testing (ECT) of ferromagnetic materials within magnetic sensors, such as Giant Magneto-Resistances (GMR). Two complementary aspects have been studied. Experimental measurements have been carried out in order to quantify and minimize the noise coming from the materials structure and residual magnetization. On the other hand, a model has been developed in order to be able to simulate the electromagnetic interactions between a ferromagnetic specimen and the EC probe. The GMR sensors are characterized by high sensitivity at low frequency, large dynamic range and are relatively easy to implement. The studies carried out during this thesis allowed us to identify and analyse the “ghost signals” due to magnetic materials. In order to minimize the noise coming from the materials structure, a linear multi-frequencies combination of experimental signals has been employed successfully and the detection of buried flaws has been improved. The residual magnetization in ferromagnetic materials has been experimentally analyzed and an electronic system has been realized to fix the polarisation point of the sensor in the linear response zone of the GMR. Thus, disturbances caused by residual magnetization are successfully reduced. Beside, in order to develop simulation tools aiming at improving the understanding of experimental signals and optimizing the performances of ECT procedures, a model has been developed to simulate the ECT of planar, stratified and ferromagnetic materials affected with multiple flaws. CEA developed for many years semi-analytical models embedded into the simulation platform CIVA dedicated to non-destructive testing. Following a previous work carried out at the laboratory and already integrated in the simulation platform CIVA, developed at CEA-LIST, the new model extends CIVA functionalities to the ferromagnetic planar case. Simulation results are obtained through the application of the Volume Integral Method (VIM) which involves the dyadic Green’s functions. Two coupled integral equations have to be solved and the numerical resolution of the system is carried out using the classical Galerkin variant of the Method of Moments (MoM). Finally, the probe response is calculated by application of the Lorentz reciprocity theorem. A collaboration with the University of Cassino (Italy) and Laboratoire de Génie Electrique de Paris (France) allowed us to compare the three models on experimental and numerical results from literature. Results showed a good agreement between the three models and the model stability has been analyzed.