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Etude multi-instrumentale et modélisation des ionosphères terrestre et martienne / Multi-instrument and modelling studies of ionospheres at Earth and Mars

Grandin, Maxime 26 October 2017 (has links)
Cette thèse est basée sur cinq publications étudiant les ionosphères terrestre et martienne en s'appuyant sur la combinaison d'observations provenant d'instruments variés ainsi que sur des techniques de modélisation. L'ionosphère terrestre est un système complexe fortement couplé à la magnétosphère et est par conséquent affectée par les perturbations provenant du vent solaire. De nombreux types d'instruments peuvent être utilisés pour étudier la variabilité de l'ionosphère, qu'il s'agisse de systèmes d'observation au sol ou d'instruments à bord de satellites. Deux des articles se focalisent sur les réponses de l'ionosphère terrestre aurorale et subaurorale aux courants de vent solaire rapide émanant des trous coronaux à la surface du soleil. Ces deux études sont basées sur la méthode des époques superposées, qui permet d'obtenir un comportement statistique des paramètres considérés. Pour la première étude, qui s'intéresse à la concentration électronique du pic de la région F de l'ionosphère à l'aide de l'ionosonde de Sodankylä (Finlande, L = 5.2), la méthode des époques superposées a été modifiée en ajoutant un verrouillage de phase permettant de distinguer les réponses de la région F dans différents secteurs de temps magnétique local. La deuxième étude s'intéresse aux précipitations d'électrons énergétiques (>30 keV) durant les courants de vent solaire rapide, en s'appuyant sur des mesures d'absorption du bruit cosmique par des riomètres situés entre L = 3.8 et L = 5.7. Une troisième étude met en évidence pour la première fois des signatures de pulsations dans les données riométriques durant une aurore pulsante. Cela révèle que le flux de précipitation d'électrons est modulé simultanément sur une grande plage d'énergies - de quelques kiloélectronvolts à plusieurs dizaines de kiloélectronvolts - durant une aurore pulsante. Les quatrième et cinquième articles traitent de l'ionosphère martienne. Ils présentent une nouvelle méthode d'analyse des données d'occultation radio fournies par la sonde Mars Express, qui s'appuie non pas sur une inversion des mesures tel qu'effectué classiquement, mais sur une modélisation directe de l'environnement martien - atmosphère neutre et ionosphère - et de la propagation des ondes radio entre la station sol sur Terre et la sonde Mars Express. L'ajustement des paramètres dont dépendent l'atmosphère et l'ionosphère martiennes permet d'obtenir des données d'occultation radio simulées s'approchant le plus possible des données mesurées. L'ajustement optimal donne alors les profils de température et de concentration des neutres ainsi que les profils de concentrations ioniques et électronique dans l'ionosphère martienne au voisinage du point d'occultation. / This thesis is based on five publications studying the terrestrial and Martian ionospheres by making use of versatile instruments and of modelling techniques. The terrestrial ionosphere is a complex system strongly coupled to the magnetosphere and hence very sensitive to solar wind driving. Various kinds of instruments may be used to study the ionosphere, from ground-based instruments to satellite-borne systems. Two papers study the response of the auroral and subauroral ionosphere to solar wind high-speed streams, which originate from coronal holes at the surface of the Sun. These two studies make use of the superposed epoch analysis method, which enables to derive the statistical behaviour of the studied parameters. For the first study, which focuses on the F-region peak electron density measured by the Sodankylä ionosonde (at L = 5.2), the superposed epoch method has been modified so that a study of the effects of high-speed streams in the F region in different magnetic local time sectors becomes possible. The modified method is called phase-locked superposed epoch analysis. The second paper focuses on energetic (>30 keV) electron precipitation during high-speed streams by making use of cosmic noise absorption measurements from a chain of riometers located between L = 3.8 and L = 5.7. A third study reveals for the first time pulsation signatures in cosmic noise absorption data during a pulsating aurora event. This indicates that the electron precipitation flux is modulated simultaneously over a broad range of energies (from a few keV to several tens of keV) in relation to pulsating aurora. The fourth and fifth articles study the Martian ionosphere. They present a novel analysis method for Mars Express radio-occultation data. Contrary to the classical inversion approach, this new method is based on a direct simulation of the radio wave propagation between the ground-based station at Earth and the Mars Express spacecraft, in a modelled Martian environment. The parameters determining the properties of the neutral atmosphere and the ionosphere of Mars are adjusted in order for the simulated radio-occultation data to fit the measured data. The optimal set of parameters provides the retrieved neutral temperature and density profiles in the atmosphere, and the ion and electron density profiles in the ionosphere near the occultation point.
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Etude du rayonnement diurne émis à 557,7 nm et 630,0 nm par l'atome d'oxygène<br />dans la thermosphère de la Terre : analyse de données satellite et modélisation numérique

Culot, Frédéric 24 January 2005 (has links) (PDF)
L'objectif principal de ce travail de thèse est d'analyser les phénomènes<br />de luminescence diurne qui apparaissent dans la thermosphère terrestre, et<br />plus particulièrement les émissions de l'oxygène atomique (raie verte à 557,7 et raie rouge à <br />630,0 nm). Cette étude met en oeuvre une analyse statistique des mesures de l'interféromètre WINDII qui permet de <br />quantifier l'influence du flux solaire et de l'activité magnétique sur le rayonnement.<br />Il apparaît que l'intensité et l'altitude des deux émissions augmentent quasi-linéairement<br />avec le flux solaire.<br />Nous montrons également que lorsque l'activité magnétique augmente, l'intensité du pic <br />thermosphérique de la raie verte diminue, alors que l'intensité de la raie rouge reste<br />quasiment constante.<br />Cette étude a également permis de reproduire qualitiativement et quantitativement<br />ces résultats statistiques en utilisant le modèle d'ionosphère TRANSCAR, ce qui montre que les <br />phénomènes physiques mis en jeu sont bien compris.
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Modélisation de la dynamique couplée des plasmas magnétosphérique et ionosphérique.

Hurtaud., Yannis 19 October 2007 (has links) (PDF)
L'interaction du vent solaire avec le champ magnétique terrestre crée dans la magnétosphère un champ électrique qui induit un déplacement (ou convection) du plasma de la queue magnétosphérique vers la Terre. Au cours de ce mouvement les particules magnétosph ériques interagissent avec la composante ionisée de la haute atmosphère de la Terre qu'on appelle ionosphère. Elles modifient les propriétés électriques du milieu conducteur ionosphérique, en particulier la distribution du champ électrique responsable de la convection magnétosphérique. Le Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements dispose d'un modèle numérique décrivant de manière autocohérente la convection magnétosphérique et ses couplages avec l'ionosph` ere. Nous avons modifié ce code afin : <br />1) d'y inclure les effets des asymétries entre les deux hémisphères Nord et Sud de la Terre liées à l'éclairement solaire <br />2) de remplacer le modèle de champ magnétique dipolaire utilisé jusqu'à présent par un modèle plus proche des observations. Les premiers résultats obtenus montrent que les asymétries inter-hémisphériques ont un effet considérable sur la dynamique du plasma ionosphérique mais que la magnétosphère y est relativement insensible. Ils montrent également qu'une topologie de champ magnétique différente de celle d'un dipôle est nécessaire pour reproduire les observations.
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Modes dégradés résultant de l'utilisation multi constellation du GNSS / Degraded Modes Resulting From The Multi Constellation Use Of GNSS

Ouzeau, Christophe 08 April 2010 (has links)
Actuellement, on constate dans le domaine de la navigation, un besoin croissant de localisation par satellites. Apres une course a l'amelioration de la precision (maintenant proche de quelques centimetres grace a des techniques de lever d'ambiguite sur des mesures de phase), la releve du nouveau defi de l'amelioration de l'integrite du GNSS (GPS, Galileo) est a present engagee. L'integrite represente le degre de confiance que l'on peut placer dans l'exactitude des informations fournies par le systeme, ainsi que la capacite a avertir l'utilisateur d'un dysfonctionnement du GNSS dans un delai raisonnable. Le concept d'integrite du GNSS multi-constellation necessite une coordination au niveau de l'architecture des futurs recepteurs combines (GPS-Galileo). Le fonctionnement d'un tel recepteur dans le cas de passage du systeme multi-constellation en mode degrade est un probleme tres important pour l'integrite de navigation. Cette these se focalise sur les problemes lies a la navigation aeronautique multiconstellation et multi-systeme GNSS. En particulier, les conditions de fourniture de solution de navigation integre sont evaluees durant la phase d'approche APV I (avec guidage vertical). En disposant du GPS existant, du systeme Galileo et d'un systeme complementaire geostationnaire (SBAS), dont les satellites emettent sur des frequences aeronautiques en bande ARNS, la question fondamentale est comment tirer tous les benefices d'un tel systeme multi-constellation pour un recepteur embarque a bord d'un avion civil. En particulier, la question du maintien du niveau de performance durant cette phase de vol APV, en termes de precision, continuite, integrite et disponibilite, lorsque l'une des composantes du systeme est degradee ou perdu, doit etre resolue. L'objectif de ce travail de these est donc d'etudier la capacite d'un recepteur combine avionique d'effectuer la tache de reconfiguration de l'algorithme de traitement apres l'apparition de pannes ou d'interferences dans une partie du systeme GNSS multiconstellation et d'emettre un signal d'alarme dans le cas ou les performances de la partie du systeme non contaminee ne sont pas suffisantes pour continuer l'operation en cours en respectant les exigences de l'aviation civile. Egalement, l'objectif de ce travail est d'etudier les methodes associees a l'execution de cette reconfiguration pour garantir l'utilisation de la partie du systeme GNSS multi-constellation non contaminee dans les meilleures conditions. Cette etude a donc un interet pour les constructeurs des futurs recepteurs avioniques multiconstellation. / The International Civil Aviation Organization (ICAO) has defined the concept of Global Navigation Satellite System (GNSS), which corresponds to the set of systems allowing to perform satellite-based navigation while fulfilling ICAO requirements. The US Global Positioning Sysem (GPS) is a satellite-based navigation system which constitutes one of the components of the GNSS. Currently, this system broadcasts a civil signal, called L1 C/A, within an Aeronautical Radio Navigation Services (ARNS) band. The GPS is being modernized and will broadcast two new civil signals: L2C (not in an ARNS band) and L5 in another ARNS band. Galileo is the European counterpart of GPS. It will broadcast three signals in an ARNS band: Galileo E1 OS (Open Service) will be transmitted in the GPS L1 frequency band and Galileo E5a and E5b will be broadcasted in the same 960-1215 MHz ARNS band than that of GPS L5. GPS L5 and Galileo E1, E5a, E5b components are expected to provide operational benefits for civil aviation use. However, civil aviation requirements are very stringent and up to now, the bare systems alone cannot be used as a means of navigation. For instance, the GPS standalone does not implement sufficient integrity monitoring. Therefore, in order to ensure the levels of performance required by civil aviation in terms of accuracy, integrity, continuity of service and availability, ICAO standards define different systems/algorithms to augment the basic constellations. GPS, Galileo and the augmentation systems could be combined to comply with the ICAO requirements and complete the lack of GPS or Galileo standalone performance. In order to take benefits of new GNSS signals, and to provide the service level required by the ICAO, the architecture of future combined GNSS receivers must be standardized. The European Organization for Civil Aviation Equipment (EUROCAE) Working Group 62, which is in charge of Galileo standardization for civil aviation in Europe, proposes new combined receivers architectures, in coordination with the Radio Technical Commission for Aeronautics (RTCA). The main objective of this thesis is to contribute to the efforts made by the WG 62 by providing inputs necessary to build future receivers architecture to take benefits of GPS, Galileo and augmentation systems. In this report, we propose some key elements of the combined receivers' architecture to comply with approach phases of flight requirements. In case of perturbation preventing one of the needed GNSS components to meet a phase of flight required performance, it is necessary to be able to switch to another available component in order to try to maintain if possible the level of performance in terms of continuity, integrity, availability and accuracy. That is why future combined receivers must be capable of detecting the impact of perturbations that may lead to the loss of one GNSS component, in order to be able to initiate a switch. These perturbations are mainly atmospheric disturbances, interferences and multipath. In this thesis we focus on the particular cases of interferences and ionosphere perturbations. The interferences are among the most feared events in civil aviation use of GNSS. Detection, estimation and removal of the effect of interference on GNSS signals remain open issues and may affect pseudorange measurements accuracy, as well as integrity, continuity and availability of these measurements. In literature, many different interference detection algorithms have been proposed, at the receiver antenna level, at the front-end level. Detection within tracking loops is not widely studied to our knowledge. That is why, in this thesis, we address the problem of interference detection at the correlators outputs. The particular case of CW interferences detection on the GPS L1 C/A and Galileo E1 OS signals processing is proposed. Nominal dual frequency measurements provide a good estimation of ionospheric delay. In addition, the combination of GPS or GALILEO navigation signals processing at the receiver level is expected to provide important improvements for civil aviation. It could, potentially with augmentations, provide better accuracy and availability of ionospheric correction measurements. Indeed, GPS users will be able to combine GPS L1 and L5 frequencies, and future GALILEO E1 and E5 signals will bring their contribution. However, if affected by a Radio Frequency Interference, a receiver can lose one or more frequencies leading to the use of only one frequency to estimate the ionospheric code delay. Therefore, it is felt by the authors as an important task to investigate techniques aimed at sustaining multi-frequency performance when a multi constellation receiver installed in an aircraft is suddenly affected by radiofrequency interference, during critical phases of flight. This problem is identified for instance in [NATS, 2003]. Consequently, in this thesis, we investigate techniques to maintain dual frequency performances when a frequency is lost (L1 C/A or E1 OS for instance) after an interference occurrence.
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Inversion des signaux ionosphériques des Tsunamis par la méthode des modes propres / Inversion of the ionospheric signals of tsunamis using the normal modes method

Rakoto, Virgile 07 July 2017 (has links)
Les séismes de grande magnitude (MW > 7) et les tsunamis associés induisent des perturbations qui peuvent être détectées dans l’atmosphère et l’ionosphère à partir des mesures TEC (contenu total en électron). Dans cette thèse, J’étudie la possibilité d’utiliser ce signal ionosphérique afin de compléter le système de surveillance et d’alerte aux tsunamis. Ainsi, j’étudie le couplage entre la Terre solide, l’océan, l’atmosphère. Je démontre en particulier que seule la fréquence à 1.5 mHz entre les modes de tsunami et les modes de gravité atmosphériques peut être détectée via l’ionosphère et met en évidence que l’efficacité du couplage océan/atmosphère est sensible à la profondeur de l’océan et l’heure locale. Ces développements ont permis de réaliser la modélisation complète de la signature ionosphérique de 3 tsunamis d’amplitude 2, 3 et 60 cm en plein océan : respectivement le tsunami d’Haida Gwaii en 2012 et le tsunami des Kouriles en 2006 en champ lointain et le tsunami de Tohoku 2011 en champ plus proche. Enfin, nous avons démontré que l’amplitude crête à crête de la hauteur du tsunami inversée reconstruit avec moins de 20 % d’erreur l’amplitude mesurée par une bouée DART dans ces trois cas / Large earthquake (MW > 7) and tsunamis are known to induce perturbations which can be detected in the atmosphere and ionosphere using total electron content (TEC) measurements. In this thesis, I first investigated on the possibility of using these ionospheric signals in order to complete the tsunami monitoring and warning system. Thus, I study the coupling between the solid Earth, the ocean, the atmosphere. I demonstrate that only the resonance at 1.5 mHz between the tsunami modes and the atmospheric gravity modes can be detected through ionosphere and highlight the fact that the efficiency of the coupling ocean/atmosphere is sensitive to ocean depth and local time. These developments enables the complete modelling of the ionospheric signature of 3 tsunami with an amplitude of 2, 3 and 60cm in deep ocean: the 2012 Haida Gwaii and the 2006 Kuril tsunami in far field and the 2011 Tohoku tsunami in closer field respectively. Finally, we demonstrated that the peak-to- peak amplitude of the height of the inverted tsunami reconstructs with less than 20% error the amplitude measured by a DART buoy in these three cases
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Sondage du sous-sol martien par un radar basse-fréquence depuis un satellite en orbite basse : analyses physiques et préparation des données

Nouvel, J.-F. 16 December 2003 (has links) (PDF)
Cette thèse est liée au radar MARSIS, un des équipements de la mission d'exploration Martienne Mars Express dont la maîtrise d'oeuvre est gérée par l'ESA, et le décollage prévu pour Juin 2003. Plus précisément, il s'agit d'étudier le sondage radar basse fréquence de la surface Martienne grâce à un satellite en orbite basse. L'objectif scientifique principal est de cartographier la distribution en eau solide et liquide du sous-sol Martien. Le travail au cours de cette thèse consiste à modéliser le signal radar qui sera employé, et notamment les effets de la propagation à travers l'ionosphère Martienne et de la réflexion sur la surface. Ce travail servira alors d'étape préliminaire à la préparation de la réduction des données de cette mission, et à leur interprétation. La première partie de la thèse a consisté à étudier puis modéliser la propagation d'une onde électromagnétique basse fréquence. Le radar employé est basé sur la technique de la synthèse d'ouverture (SAR), opérant à basse fréquence pour permettre la pénétration de l'onde dans le sol en minimisant les pertes diélectriques. L'analyse de la propagation de cette onde montre que sa traversée à travers l'ionosphère induit d'importantes distorsions, qui consistent en une perte de cohérence de phase pulse à pulse, ce qui va engendrer un étalement du pulse, et en une atténuation de l'onde. L'impact de chaque phénomène est dépendent de la fréquence de l'onde et de la constitution de l'ionosphère, notamment en ce qui concerne sa densité électronique. Ces deux facteurs peuvent réduire significativement la résolution du signal radar et ses capacités de pénétration dans le sol. La seconde partie de la thèse a pour but la modélisation de la surface et du sous-sol. Une grande partie du signal radar sera réfléchie sur l'interface constituée par la surface alors qu'une partie transmise permettra, grâce à des réflexions en profondeur, le sondage effectif du sous-sol. La méthode de numérisation utilisée pour les calculs de réflexions de surface est la méthode dite de modélisation par facettes. Il s'agit de représenter la surface réelle par une suite de facettes planes continue, chacune de celles-ci étant tangente à la surface réelle. Cette méthode a été choisie pour respecter la nature relativement plane de la surface Martienne, grâce à l'utilisation de facettes de taille relativement importante. Cette caractéristique nous permet en outre de réduire le nombre de facettes employées dans le modèle et donc, de le simplifier. Afin de modéliser les interactions sous-sol / onde radar électromagnétique tout en conservant un temps de calcul acceptable, la simulation actuelle n'utilise qu'une seule interface plane dans le sous-sol, dont la profondeur et l'inclinaison peuvent être paramétrées pour modéliser différentes configurations. La simulation ainsi écrite permet de modéliser le signal radar reçu en écho après réflexions sur les différentes interfaces de surface et sous-sol. Différents choix de configurations, que ce soit au niveau de la fréquence radar utilisée ou de la géométrie et de la composition du sol sont utilisables.
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Interaction du vent solaire avec les planètes non magnétisées Mars et Vénus

Ferrier, Claire 23 July 2009 (has links) (PDF)
Les corps planétaires sans champ magnétique intrinsèque, tels que Mars et Vénus, mais possédant une atmosphère, possèdent une queue magnétosphérique comme celle observée à l'arrière des comètes. Ces queues magnétosphériques sont le résultat de l'interaction directe entre le vent solaire (plasma constitué d'ions et d'électrons éjectés par le Soleil) et l'ionosphère de ces planètes. Une étude comparative de ces deux planètes est aujourd'hui possible. En effet, ASPERA-3 à bord de Mars Express (MEX) est actuellement en orbite autour de Mars et ASPERA-4, réplique d'ASPERA-3, à bord de Venus Express, en orbite autour de Vénus depuis Avril 2006. Ces expériences, construites en partenariat international avec une participation importante du CESR, donnent la possibilité d'étudier et de comparer, au moyen d'une instrumentation identique, l'interaction des deux planètes avec le vent solaire. Il est maintenant admis qu'en l'absence d'obstacle magnétique efficace, comme c'est le cas sur la Terre, protégée par sa magnétosphère, les atmosphères des planètes telles que Mars et Vénus sont soumises à une érosion intense au contact du vent solaire. Les modèles prédisent un effet cumulé très important à l'échelle de milliards d'années, potentiellement capable de dissiper une atmosphère primitive dense, nécessaire au maintient de l'eau sous forme liquide. Cependant, les mesures récentes de MEX montrent que si les échappements de l'atmosphère résultant de cette interaction sont importants, ils ne peuvent probablement pas expliquer la disparition des océans primitifs de Mars. A I'origine, Vénus devait également être recouverte d'eau, mais cette dernière s'est évaporée et le peu qu'il en reste (sous forme de vapeur) continue de s'en échapper comme en témoignent les taux d'échappement actuels d'hydrogène et d'oxygène calculés à partir des mesures de VEX. Cette thématique, qui nécessite d'aborder les planètes en tant que systèmes, constitués d'enveloppes en interaction mutuelle, avec à leur sommet le vent solaire, est fondamentale pour comprendre l'évolution des planètes tellurique en référence à la Terre. 1) Le problème “planétologique“ Il consiste à étudier de façon spécifique l'échappement des ions planétaires de Mars et Vénus. La résolution de ce problème passe par l'étude de la structure de cette interaction du vent solaire avec la planète ou plus précisément du couplage entre un vent de plasma rapide, sans collision, et un gaz neutre via des processus d'ionisation. En effet, cette interaction conduit à la formation d'un sillage rempli d'ions d'origine atmosphérique. La comparaison des environnements ionisés des deux planètes a révélé des similitudes et des différences dans les diverses régions plasma qui les entourent. Le calcul des taux d'échappement – ici échappement causé par l'interaction avec le vent solaire – permet de quantifier la perte atmosphérique et de mieux comprendre le rôle de ce type d'échappement dans la disparition de l'eau sur Mars et Vénus. 2) Le problème “physique“ Il consiste à étudier les mécanismes physiques responsables de l'échappement du matériel planétaire. L'étude de l'accélération des ions en fonction de différentes régions magnétosphériques révèle des différences à l'origine de la répartition spatiale et énergétique des différents ions, observés dans les queues de Mars et Vénus. Les mécanismes d'accélération agissant dans la région centrale de la queue, la plasma sheet sont dus à la forte tension magnétique jxB et à un champ électrique de polarisation. La seconde région, plus externe est le siège d'une accélération par le champ électrique interplanétaire et à un champ électrique de séparation de charge
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Traitement et Analyse des Données du Radar MARSIS/Mars Express

Mouginot, Jérémie 11 December 2008 (has links) (PDF)
Ce mémoire décrit le traitement et l'analyse des données du Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding (MARSIS). <br /><br />Le traitement de ces données a principalement consisté à compenser la distorsion ionosphérique. Cette correction a permis de réaliser une mesure indirecte du contenu électronique de l'ionosphère. Grâce à ces mesures, nous avons pu étudier en détail l'ionosphère martienne. Nous avons ainsi montré que le champ magnétique rémanent modifiait la distribution des électrons de l'ionosphère en précipitant les particules du vent solaire le long des lignes de champ radiales.<br /><br />Les radargrammes corrigés nous ont permis d'étudier en détail les calottes martiennes. Nous faisons le bilan du volume des calottes polaires de Mars en utilisant des outils numériques développés pour le pointage des interfaces. Nous montrons ainsi que le volume des calottes correspondrait à une couche d'eau d'environ 20 m d'épaisseur répartie sur toute la planète.<br /><br />Nous étudions enfin la réflectivité de la surface martienne. Pour cela, nous avons extrait l'amplitude de l'écho de surface de chaque pulse MARSIS, puis, après avoir calibré ces mesures, nous avons créé une carte globale de l'albédo radar. Nous nous sommes attachés à décrire cette carte de réflectivité, d'abord de manière globale, puis plus localement autour de Medusae Fossae et de la calotte résiduelle sud. Nous montrons que la réflectivité décroît avec la latitude, cette constatation est surement liée à la présence d'un pergélisol lorsqu'on remonte vers les hautes latitudes. Près de l'équateur, nous observons que les formations de Medusae Fossae possèdent une constante diélectrique de 2,4+/-0.5 ce qui est caractéristique d'un terrain poreux et/ou riche en glace. Dans cette même région, nous montrons que, dans les plaines d'Elysium et Amazonis, la constante diélectrique est égale à 7\pm1 et nous observons une interface dans la plaine d'Amazonis à environ 140+/-20 m, notre conclusion est que ces résultats sont caractéristiques d'écoulements de lave. L'étude de la calotte résiduelle sud de Mars, à l'aide d'un modèle de réflectivité multi-couches, nous permet d'estimer l'épaisseur de CO2 qui couvre cette région à 11+/-1.5 m.
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Traitement et analyse de données de systèmes radar HF : Etude des perturbations ionosphériques détectées à l'équateur magnétique avec le radar LDG et à moyenne latitude avec le réseau de Francourville

Farges, Thomas 06 March 2000 (has links) (PDF)
La thèse présente une étude de perturbations ionosphériques mesurées à basse et moyenne latitude. Deux systèmes de mesures HF différents sont utilisés. Ils donnent lieu a deux parties différentes. <br />La première partie de la thèse analyse les données enregistrées par le radar HF du LDG en 1993 à l'équateur magnétique. Des observations montrent la présence d'échos radar assez complexes dont il est difficile de déterminer la ou les origines. Une analyse très détaillée des paramètres en jeu (caractéristiques du radar, effet de propagation aux différentes fréquences utilisées, et mécanismes de formation des irrégularités dans l'ionosphère équatoriale) est menée. Une simulation numérique a permis de comprendre la structure des échos formés par réflexion ou diffusion de l'onde radar sur les différentes irrégularités présentes dans l'ionosphère équatoriale. Une seconde étude a été menée montrant pour la première fois à ces latitudes avec un radar l'observation d'irrégularités le jour dans la région F de l'ionosphère. <br />La seconde partie de la thèse examine les effets de deux sources différentes (éclipse solaire et séismes importants) mesurés avec le réseau HF de Francourville. <br />L'éclipse solaire du 11 août 1999 a modifié le terme de production des électrons pendant trois heures. Avec des ionogrammes et des mesures Doppler, les coefficients des différents processus de perte des électrons et la vitesse de transport des ions et des électrons ont été calculés. L'onde de gravité créée par le passage supersonique de l'ombre de la Lune sur l'atmosphère terrestre a été nettement identifiée dans les mesures ionosphériques et dans des mesures infrason complémentaires. On distingue une source différente pour les deux altitudes de mesure : source stratosphérique pour les mesures faites au sol et source locale pour les mesures ionosphériques. Enfin, une cartographie de la variation temporelle de la perturbation due à l'éclipse au dessus de l'Europe occidentale à 180 km d'altitude a été réalisée avec l'apport des données de 11 autres ionosondes. <br />Entre août et novembre 1999, les effets de 8 séismes de magnitude de surface supérieure à 6 ont été mesurés dans l'ionosphère. Les sismogrammes sont comparés aux mesures Doppler. On évalue avec les mesures Doppler l'effet du filtre thermosphérique pour les ondes acoustiques.
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Étude multi-instrumentale de la dynamique des structures aurorales côté jour et côté nuit : couplage avec la magnétosphère et le milieu interplanétaire

Marchaudon, Aurélie 10 October 2003 (has links) (PDF)
La dynamique du système magnétosphère-ionosphère résulte de stimuli directs ou indirects provenant du vent solaire. Elle est en grande partie assurée par des processus affectant des tubes de flux magnétique de petite ou moyenne échelle spatiale et de durée ne dépassant pas la dizaine de minutes. Grâce à des études expérimentales impliquant de multiples instruments, nous étudions la dynamique de ces tubes de flux simultanément dans l'ionosphère et dans la magnétosphère. Après une première partie consacrée à une description générale de la magnétosphère et à une analyse des travaux antérieurs sur les structures de moyenne échelle, ainsi que des moyens expérimentaux qui y donnent accès, nous étudions dans une seconde partie, les réponses dynamiques du système magnétosphère-ionosphère côté jour, à des variations du champ magnétique interplanétaire et à des impulsions de pression du vent solaire. Nous réalisons la première comparaison quantitative entre la magnétosphère et l'ionosphère de vitesses de plasma et de vitesses de déplacement des tubes de flux engendrés par la reconnexion sporadique. Nous quantifions le mouvement des différentes frontières magnétosphériques du côté jour, lors de variations de la composante nord-sud du champ magnétique interplanétaire, ainsi que leurs différents temps de réponse. Nous montrons également que les impulsions de pression du vent solaire peuvent être le facteur déclenchant la reconnexion, en période de champ magnétique interplanétaire dirigé vers le sud. Nous confirmons que les sursauts de convection ionosphérique associés en sont la signature fossile. Dans la troisième partie de cette thèse, nous étudions l'électrodynamique de structures aurorales de moyenne échelle, du côté jour et du côté nuit. Nous présentons la première observation directe des courants parallèles associés à un tube de flux magnétosphérique reconnecté du côté jour. Ces courants ainsi que le courant de Pedersen associé, constituent un circuit autonome indépendant des courants à grande échelle. Puis, nous modélisons l'électrodynamique d'un arc observé du côté nuit, afin de comprendre la fermeture du circuit électrique dans l'ionosphère. Deux modèles respectivement à une et deux dimensions sont utilisés, le second, plus satisfaisant, souffre cependant de l'insuffisance de la description expérimentale. Cet ensemble de travaux montre l'importance des processus à moyenne échelle dans la dynamique globale de la magnétosphère.

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