Cette thèse rassemble une série de travaux sur les émissions naturelles observées dans la partie externe de la plasmasphère terrestre par la mission multi-satellites CLUSTER, et plus précisément par l'instrument WHISPER. Parmi les émissions observées, citons les ondes électrostatiques électroniques observées entre deux gyrofréquences électroniques successives. Ces ondes sont couramment appelées (n+½)fce et sont aussi bien observées dans la magnétosphère terrestre que dans celles d'autres planètes magnétisées. Nous proposons une classification de toutes les émissions naturelles observées dans la plasmasphère, basée sur les caractéristiques spectrales déterminées lors d'études d'événements. Nous nous intéresserons ensuite aux les trois types principaux d'ondes rencontrées : émissions aux n(1.1)fce, aux (n+½)fce et aux nfce. Ces dernières, mises en évidence grâce à la bonne résolution de l'instrument WHISPER, n'avaient jamais été observées auparavant. Une étude systématique sur trois années de données (la période 2002 - 2004) a permis de localiser les différentes émissions observées en secteur MLT et en latitude magnétique. Par des études d'événements multi-satellites, et par l'étude statistique, nous avons pu mettre en évidence l'importance de la distance radiale à la plasmapause sur les caractéristiques (intensité, nombre d'harmoniques présentes) des émissions aux (n+½)fce observées. Pour quantifier cette distance à la plasmapause, nous avons défini un indicateur utilisant la valeur de la fréquence plasma, mesurée par l'instrument WHISPER, lors de la traversée de l'équateur magnétique. Nous avons aussi étudié l'influence de l'activité géomagnétique, à travers les variations des indices AE, Kp et Dst, sur les trois types d'ondes étudiés. En examinant les données de l'instrument PEACE de la missions CLUSTER, deux formes différentes de la fonction de distribution, dépendant de l'intensité des ondes aux (n+½)fce, ont été mises en évidence. Enfin, nous nous sommes familiarisés avec l'utilisation d'un code particulaire et avons retrouvé les modes propres du plasma prédits par la théorie linéaire.

Depuis le succès de la mission CLUSTER, nous pouvons étudier la structure tridimensionnelle des perturbations basse fréquence se propageant dans les régions clefs de la magnétosphère terrestre (magnétopause, queue magnétique). Afin d'aider l'interprétation de ces<br />données cette thèse propose un cadre théorique auto-cohérent visant à étudier la réponse linéaire<br />d'une couche de plasma non homogène à une perturbation initiale, dans l'approximation de la MHD<br />idéale. En particulier, le calcul est mené jusqu'à la reconstruction finale des signaux<br />spatio-temporels avec une discussion des amplitudes obtenues et des transferts énergétiques qui en<br />découlent. Cette dernière étape est essentielle dans la perspective d'une comparaison avec les<br />données CLUSTER.<br /><br />L'étude des modes propres de la queue magnétosphérique terrestre montre l'existence de deux<br />catégories d'oscillations : des modes globaux oscillant à des fréquences discrètes et confinés au<br />centre de la couche, et des modes continus liés au phénomène d'absorption résonante et dont<br />l'amplitude décroît au cours du temps. En utilisant diverses géométries de pulses initiaux, nous<br />étudions le couplage entre l'excitateur et ces modes propres. Il est mis en évidence que le<br />couplage avec les modes globaux est optimal pour un pulse dont la taille est voisine de l'épaisseur<br />de la couche. Même dans ce cas, les fluctuations restent cependant modestes. En revanche, avec le<br />même pulse initial, l'absorption du signal dans le continuum est efficace et conduit à un transfert<br />d'énergie non négligeable des ondes vers le plasma.<br /><br />Enfin, un exemple d'oscillations magnétiques mesurées par CLUSTER est analysé et confronté<br />avec les résultats du modèle théorique. En effet l'étude théorique permet de préciser la nature des<br />perturbations ainsi que leur origine, dans l'hypothèse où ces fluctuations obéissent à une<br />description MHD.

CLUSTER est la première mission spatiale permettant l'étude à trois dimensions de la magnétosphère terrestre. Son orbite polaire et sa configuration de quatre satellites en tétraèdre lui permettent d'effectuer des mesures in situ dans plusieurs régions de la magnétosphère, notamment dans la plasmasphère. Cette thèse rassemble une série de travaux sur les structures de plasma rencontrées sur l'orbite de CLUSTER durant la période 2001-2004. La quantité physique étudiée est essentiellement la densité électronique, mais aussi le champ magnétique continu. Dans une première partie, deux outils d'analyse multipoints, le gradient spatial et la méthode des délais, sont décrits, testés et discutés sur des jeux de données synthétiques, puis sur des données réelles, pour diverses situations typiques. Dans le cadre de conditions favorables, ces analyses révèlent le mouvement, l'orientation de frontières, ainsi que les dimensions des structures rencontrées, impossibles à estimer par une mission composée d'un seul satellite. Une seconde partie s'intéresse plus globalement à la plasmasphère, notamment à la topologie et à la dynamique de ses structures de densité à petite et grande échelle. Cette étude s'appuie sur les analyses multipoints vues précédemment, mais elle utilise également des données d'autres instruments de CLUSTER, des images globales de la plasmasphère fournies par la mission IMAGE, ainsi que des résultats d'études statistiques et de simulations numériques. Enfin, la thèse décrit une analyse statistique menée sur un autre jeu de données: les densités de puissance spectrales des ondes électromagnétiques mesurées à basse altitude par le satellite Viking durant l'année 1986.

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.

Le Continuum est une onde électromagnétique de faible intensité et observée sur de grandes échelles de temps. Cette onde a été observée dans toutes les régions de la magnétosphère et dans le vent solaire. Des missions comme Voyager ou Ulysses ont montré que le Continuum existait dans les magnétosphères de toutes les planètes magnétisées explorées, ce qui en fait un phénomène astronomique classique. Cette thèse présente une étude de l'émission et de la propagation du Continuum terrestre, essentiellement faite à partir des données de la mission Cluster, et plus particulièrement des mesures de l'instrument WHISPER. Cette mission est composée de quatre satellites identiques qui orbitent ensemble sous la forme d'un tétraèdre. La disposition tétraédrique des satellites permet pour la première fois une étude spatiale et temporelle des structures traversées et des phénomènes rencontrés. L'utilisation de quatre satellites orbitant ensemble apporte de nouvelles informations, en particulier sur la stabilité de l'émission, la taille du faisceau et la position de la source émettant la radiation. Ces nouvelles informations permettent de tester de façon originale les mécanismes de génération existant. Les caractéristiques spectrales donnent accès à la formeet à la stabilité temporelle de la surface émettrice. La résolution temporelle et fréquentielle de l'instrument WHISPER permettent enfin une étude des caractéristiques spectrales du Continuum et de leur évolution au cours de la propagation. En résumé, cette thèse apporte de nouvelles informations sur le mécanisme de génération, l'extension et la position des sources, la forme de la surface émettrice, et enfin sur l'évolution de la signature spectrale du Continuum au cours de la propagation.