Le sujet de cette thèse rentre dans le cadre du projet DEMETER et plus particulièrement de l'utilisation des données de son centre de mission. DEMETER est le premier micro-satellite scientifique qui a été lancé par le CNES en Juin 2004 avec une charge utile sous la responsabilité du LPCE. DEMETER mesure dans l'ionosphère le champ électrique et le champ magnétique dans diverses bandes de fréquence, ainsi que des paramètres caractérisant le plasma à l'altitude du satellite. L'objectif principal de DEMETER est d'étudier les perturbations ionosphériques en liaison avec l'activité séismique. Avant le lancement de DEMETER, les variations du Contenu Electronique Total (CET) mesurées par DORIS avec d'autres satellites (Spot, Topex-Poseidon, et Jason) évoluant dans l'ionosphère ont été étudiées pour rechercher des perturbations dues à l'activité séismique. Dans un deuxième temps grâce aux données de DEMETER, on analyse les caractéristiques générales de la turbulence électrostatique dans les zones de moyennes latitudes et dans la région équatoriale. On cherche ensuite si ces caractéristiques de la turbulence électrostatique changent quand le satellite survole une zone séismique. Ces études ont montré que, d'une part le CET et d'autre part la turbulence électrostatique pouvaient varier en fonction de l'activité séismique. Des perturbations de ces deux paramètres ionosphériques ont été mises en évidence avant les tremblements de Terre. Mais ces résultats ont été obtenus de façon statistique et on ne peut pas encore affirmer qu'ils peuvent servir de précurseurs.

Etude au voisinage de la résonnance des ondes dans le plasma-fréquence hybride basse en propagation perpendiculaire A B la résonnance hybride Boore fait intervenir un couplage entre l'onde et l'ensemble des espèces ionisées. On établit des approximations aux cas des plasmas ionosphérique et magnétosphérique. Analyse des raies des spectres en fréquence de signaux obtenus lors des expériences ISIS 2 et ELECTRON ECHO 1 (expliquée par l'excitation des modes de Berstein ioniques).

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.

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Real-time PPP (RT-PPP) is possible thanks to the availability of precise products, for orbits and clocks, provided by the International GNSS Service (IGS), as well as by its analysis centers such as CNES (Center National d'Etudes Spatiales). One of the remaining challenges on RT-PPP is the mitigation of atmospheric effects (troposphere and ionosphere) on GNSS signals. Thanks to recent improvements in atmospheric models, RT-PPP can be enhanced, allowing accuracy and centimeter initialization time, comparable to the current NRTK (Network Real-Time Kinematic) method. Such performance depends on topology of permanent stations networks and atmospheric conditions. The main objective of this project is to study the RT-PPP and the optimized infrastructure in terms of costs and benefits to realize the method using atmospheric corrections. Therefore, different configurations of a dense and regular GNSS network existing in France, the Orpheon network, are used. This network has about 160 sites and is owned by Geodata-Diffusion (Hexagon Geosystems). The work was divided into two main stages. Initially, ‘float PPP-RTK’ was evaluated, it corresponds to RT-PPP with improvements resulting from network corrections, although with ambiguities kept float. Further on, network corrections are applied to improve “PPP-RTK” where ambiguities are fixed to their integer values. For the float PPP-RTK, a modified version of the RTKLib 2.4.3 (beta) package is used to take into account for the network corrections. First-order ionospheric effects were eliminated by the iono-free combination and zenith tropospheric delay estimated. The corrections were applied by introducing a priori constrained tropospheric parameters. Periods with different tropospheric conditions were chosen to carry out the study. Adaptive modeling based on OFCs (Optimal Fitting Coefficients) has been developed to describe the behavior of the troposphere, using estimates of tropospheric delays for Orpheon stations. This solution allows one-way communication between the server and the user. The quality of tropospheric corrections is evaluated by comparison to external tropospheric products. The gains achieved in convergence time to 10 centimeters accuracy were statistically quantified. Network topology was assessed by reducing the number of reference stations (up to 75%) using a sparse Orpheon network configuration to perform tropospheric modeling. This did not degrade the tropospheric corrections and similar performances were obtained on the user side. In the second step, PPP-RTK is realized using the PPP-Wizard 1.3 software and CNES real-time products for orbits, clocks and phase biases of satellites. RT-IPPP (Real-Time Integer PPP) is performed with estimation of tropospheric and ionospheric delays. Ionospheric and tropospheric corrections are introduced as a priori parameters constrained to the PPP-RTK of the user. To generate ionospheric corrections, it was implemented a solution aligned with RTCM (Real-Time Maritime Services) conventions, regarding the transmission of ionospheric parameters SSR, which is a standard Inverse Distance Weighting (IDW) algorithm. The choice of the periods for this experiment was made mainly with respect to the ionospheric activity. The comparison of the atmospheric corrections with the external products and the evaluation of different network topologies (dense and sparse) were also carried out in this stage. Statistically, the standard RT-IPPP takes ~ 25 min to achieve a 10 cm horizontal accuracy, which is significantly improved by our method: 46% (convergence in 14 min) with dense network corrections and 24% (convergence in 19 min) with the sparse network. Nevertheless, vertical positioning sees its convergence time slightly increased, especially when corrections are used from a sparse network solution. However, improvements in horizontal positioning due to external SSR corrections from a (dense or sparse) network are promising and may be useful for applications that depend primarily on horizontal positioning. / O PPP (Precise Point Positioning) é um método de posicionamento pelo GNSS (Global Navigation Satellite Systems), baseado no conceito SSR (State Space Representation) o qual pode fornecer soluções de acurácia centimétrica. O PPP em tempo real (RT-PPP) é possível graças à disponibilidade de produtos precisos, para órbitas e relógios, fornecidos pelo IGS (International GNSS Service), bem como por seus centros de análise, como o CNES (Centre National d’Etudes Spatiales). Um dos desafios restantes no RT-PPP é a mitigação dos efeitos atmosféricos (troposfera e ionosfera) nos sinais GNSS. Graças às melhorias recentes nos modelos atmosféricos, o RT-PPP pode ser aprimorado, permitindo tempo de inicialização com acurácia centimétrica, comparável ao atual método NRTK (Network Real-Time Kinematic). Esse desempenho depende da topologia das redes de estações permanentes e das condições atmosféricas. O objetivo principal deste projeto é estudar o RT-PPP e a infraestrutura optimizada em termos de custos e benefícios para realizar o método usando correções atmosféricas. Portanto, são utilizadas diferentes configurações de uma rede GNSS densa e regular existente na França, a rede Orphéon. Esta rede tem cerca de 160 estações, sendo propriedade da Geodata-Diffusion (Hexagon Geosystems). O trabalho foi dividido em duas etapas principais. Inicialmente, foi avaliado o "float PPP-RTK", que corresponde ao RT-PPP com melhorias resultantes de correções de rede, embora mantendo as ambiguidades como float. Em um segundo momento, as correções de rede são aplicadas para aprimorar o "PPP-RTK", onde ambiguidades são fixadas para seus valores inteiros. Para o float PPP-RTK, uma versão modificada do software RTKLib 2.4.3 (beta) é empregada de modo a levar em consideração as correções de rede. Os efeitos ionosféricos de primeira ordem são eliminados pela combinação iono-free e atraso zenital troposférico é estimado. As correções são aplicadas introduzindo parâmetros troposféricos a priori injuncionados. Períodos com diferentes condições troposféricas foram escolhidos para realizar o estudo. Uma modelagem adaptativa baseada em OFCs (Optimal Fitting Coefficients) foi implementada para descrever o comportamento da troposfera, utilizando estimativas de atraso troposférico para estações da rede Orphéon. Tal solução permite a comunicação unidirecional entre o servidor e o usuário. A qualidade das correções troposféricas foi avaliada através de comparação com produtos externos troposféricos. Os ganhos alcançados no tempo de convergência para acurácia de 10 centímetros foram quantificados estatisticamente. A topologia de rede foi avaliada reduzindo o número de estações de referência (em até 75%) usando uma configuração da rede Orphéon esparsa para realizar a modelagem troposférica. Isso não degradou as correções troposféricas e foram obtidas performances similares para os usuários simulados. Na segunda etapa, o PPP-RTK é realizado usando o software PPP-Wizard 1.3, bem como os produtos para tempo real do CNES de órbitas, relógios e biases de fase dos satélites. O RT-IPPP (Real-Time Integer PPP) é realizado com estimativa de atrasos troposféricos e ionosféricos. As correções ionosféricas e troposféricas são introduzidas como parâmetros a priori injuncionados no PPP-RTK do usuário. Para gerar correções ionosféricas, foi implementada uma solução alinhada com as convenções RTCM (Real-Time Maritime Services), em relação à transmissão de correções ionosféricas SSR, o qual é um algoritmo baseado na ponderação pelo inverso da distância (IDW – Inverse Distance Weighting). A escolha dos períodos para este experimento foi realizada principalmente em relação à atividade ionosférica. A comparação das correções atmosféricas com produtos externos, assim como a avaliação de diferentes topologias de rede (densa e esparsa) também foram realizadas nesta etapa. Estatisticamente, o RT-IPPP padrão leva ~ 25 min para alcançar uma acurácia horizontal de 10 cm, a qual é significativamente melhorada pelo método implementado: 46% (convergência em 14 min) com correções de rede densa e 24% (convergência em 19 min) com a rede esparsa. No entanto, o posicionamento vertical vê o seu tempo de convergência ligeiramente aumentado, especialmente quando as correções são usadas a partir de uma solução de rede esparsa. No entanto, as melhorias no posicionamento horizontal com o uso das correções de SSR externas de uma rede (densa ou esparsa) são promissoras e podem ser úteis para aplicações que dependem principalmente do posicionamento horizontal. / Le PPP (Precise Point Positioning) est une méthode de positionnement par GNSS (Global Navigation Satellite Systems), basée sur le concept SSR (State Space Representation), qui peut générer solutions de précision centimétrique. Le PPP en temps réel (RT-PPP) est possible grâce à la disponibilité des produits précis, pour les orbites et horloges, fournis par l’IGS (International GNSS Service), ainsi que par ses centres d'analyse, tels que le CNES (Centre National d'Etudes Spatiales). Un des défis restants sur le RT-PPP est la mitigation des effets atmosphériques (troposphère et ionosphère) sur les signaux GNSS. Grâce aux améliorations récentes des modèles atmosphériques, le RT-PPP peut être amélioré, ce qui permet une précision et un temps d'initialisation au niveau du centimètre, comparables à la méthode NRTK (Network Real-Time Kinematic) actuelle. De telles performances dépendent de la topologie du réseau de stations GNSS permanentes et des conditions atmosphériques. L'objectif principal de ce projet est d'étudier le RT-PPP et l'infrastructure optimisée en termes de coûts et d'avantages pour réaliser la méthode en utilisant des corrections atmosphériques. Pour cela, différentes configurations d'un réseau GNSS dense et régulier existant en France, le réseau Orphéon, sont utilisées. Ce réseau compte environ 160 sites, propriété de Geodata-Diffusion (Hexagon Geosystems). Le travail est divisé en deux étapes principales. Dans un premier temps, le mode «PPP-RTK flottant» a été évalué, il correspond au RT-PPP avec des améliorations issues des corrections de réseau, mais avec les ambiguïtés flottantes. Ensuite, des corrections de réseau sont appliquées pour améliorer le mode « PPP-RTK » où les ambiguïtés sont fixées à leurs valeurs entières. Pour le PPP-RTK flottant, une version modifiée du package RTKLib 2.4.3 (beta) est utilisée pour prendre en compte les corrections réseau. Les effets ionosphériques de premier ordre ont été éliminés par la combinaison iono-free et le retard troposphérique zénithal est estimé. Les corrections ont été appliquées en introduisant des paramètres troposphériques a priori contraints. Des périodes avec différentes conditions troposphériques ont été choisies pour réaliser l'étude. Une modélisation adaptative basée sur les OFCs (Optimal Fitting Coefficients) a été mise en place pour décrire le comportement de la troposphère, en utilisant des estimations des retards troposphériques pour les stations Orphéon. Cette solution permet une communication mono-directionnelle entre le serveur et l'utilisateur. La qualité des corrections troposphériques est évaluée par comparaison avec des produits troposphériques externes. Les gains réalisés sur le temps de convergence pour obtenir un positionnement de 10 centimètres de précision ont été quantifiés statistiquement. La topologie du réseau a été évaluée, en réduisant le nombre de stations de référence (jusqu'à 75%), via une configuration de réseau Orphéon lâche pour effectuer la modélisation troposphérique. Cela n'a pas dégradé les corrections troposphériques et des performances similaires ont été obtenues du côté de l'utilisateur. Dans la deuxième étape, le PPP-RTK est réalisé grâce au logiciel PPP-Wizard 1.3 et avec les produits temps réel CNES pour les orbites, les horloges et les biais de phase des satellites. Le RT-IPPP (Real-Time Integer PPP) est réalisé avec estimation des délais troposphériques et ionosphériques. Les corrections ionosphériques et troposphériques sont introduites en tant que paramètres a priori contraints au PPP-RTK de l'utilisateur. Pour générer des corrections ionosphériques, il a été mis en place une solution alignée avec les conventions RTCM (Real-Time Maritime Services) pour la transmission des paramètres ionosphériques SSR, un algorithme standard d'interpolation à distance inversée (IDW – Inverse Distance Weighting). Le choix des périodes pour cette expérience a été fait principalement en regard de l'activité ionosphérique. La comparaison des corrections atmosphériques avec les produits externes et l'évaluation de différentes topologies de réseau (dense et lâche) ont également été effectuées dans cette étape. Statistiquement le RT-IPPP standard prend ~25 min pour atteindre une précision horizontale de 10 cm, ce que nous améliorons significativement par notre méthode : 46% (convergence en 14 min) avec le réseau dense et 24% (convergence en 19 min) avec le réseau restreint. Néanmoins le positionnement vertical voit son temps de convergence légèrement augmenté, en particulier lorsque l'on utilise des corrections à partir d'une solution de réseau lâche. Cependant, les améliorations apportées au positionnement horizontal dues aux corrections atmosphériques SSR externes provenant d’un réseau (dense ou lâche) sont prometteuses et peuvent être utiles pour les applications qui dépendent principalement du positionnement horizontal. / CNPq: 229828/2013-2

Ce travail a pour objet d’étudier les variations régulières de l’ionosphère aux moyennes et basses latitudes ainsi que l’impact de différents événements solaires sur l’ionisation. Pour quantifier ces variations, nous utiliserons les réseaux GPS qui permettent de mesurer le Contenu Total Electronique (TEC).Ce travail s’inscrit dans le cadre du projet ISWI. L’étude comprendra une analyse morphologique sur les variations régulières de l’ionisation en période de soleil calme (variation diurne, saisonnière et en fonction du cycle solaire) par le traitement de stations GPS en Europe et en Afrique sur la période analysée (2000 à 2014);les variations perturbées de l’ionosphère associées à des événements solaires retenus selon une grille de critères; L’analyse de l’indice ROTI afin d’étudier les scintillations ionosphériques génératrices d’une dégradation du positionnement aux basses latitudes et en particulier en Afrique.L’étude se poursuivra par la comparaison avec les modèles existants afin d’identifier leurs performances:le modèle NeQuick2, logiciel de modélisation du profil vertical médian l’ionosphère,Le modèle IONEX/CODG qui est une cartographie journalière du TEC en des positions spatiales et temporelles particulières et issu du post-traitement des mesures GPS sur une couverture mondiale.Le troisième volet de cette étude sera de donner des perspectives pour une éventuelle prévision de l’impact d'événements solaires particuliers sur l’ionosphère, par exemple la modélisation des gradients en période magnétiquement perturbée et la prévision de la présence du phénomène de scintillation ionosphérique sur certains trajets satellite-sol. / This work aims to study the regular variations of the ionosphere at middle and low latitudes and the impact of various events on solar ionization. To quantify these changes, we will use GPS networks to measure the Total Electronic Content (TEC) .This work is part of the project ISWI. The study will include a morphological analysis on regular variations in the ionization time of the Quiet Sun (diurnal variation, seasonal and based on the solar cycle) for the treatment of GPS stations in Europe and Africa over the period analyzed (2000 to 2014); variations disturbed ionosphere associated with solar events selected according to a set of criteria; Analysis of the ROTI index to study the ionospheric scintillation generating degradation positioning at low latitudes and especially Africa.The study will continue with the comparison with existing models in order to identify their performance: the NeQuick2 model modeling software profile of the median vertical ,the ionospheric model IONEX / CODG which is a daily mapping TEC in specific spatial and temporal positions and from the post-processing of GPS measurements on a third coverage mondiale.The component of this study will give prospects for a possible anticipation of the impact of specific solar events on the ionosphere, such modeling gradients in magnetically disturbed period and prediction of the presence of ionospheric scintillation event on some ground-satellite paths.

Le radar haute fréquence (HF : 3 MHz à 30 MHz) à mode hybride est une solution prometteuse pour assurer la surveillance permanente, jusqu'à 2000 km, de zones maritimes et terrestres. Ce mode est une combinaison des modes de fonctionnement des radars à onde de ciel et à ondes de surface. Lorsque l'intégration du signal est effectuée sur une cible lente, les instabilités ionosphériques affectent les images Doppler-distance. Pour rendre compte de ce phénomène en simulation, un module logiciel basé sur des modèles probabilistes du fouillis ionosphérique a été développé dans le but de simuler le comportement spatial et temporel de l'ionosphère dans le traitement radar. La version finale de ce module est basée sur le profil de densité électronique de Booker, aléatoirement modifié en espace à partir de la fonction de densité spectrale de puissance de Shkarofsky. L'aspect temporel a été aussi pris en compte dans le traitement radar en appliquant aux chemins de phase aléatoires ainsi générés un filtrage passe-bas en prenant en considération les variations du TEC (Contenu Électronique Total). La sensibilité des étalements en décalage Doppler et en distance aux paramètres de la densité spectrale de puissance et à la valeur de la fréquence de coupure du filtre passe-bas, a également été étudiée. Enfin, les images synthétisées ont été comparées aux images réelles obtenues à partir d'un radar HF situé dans le Sud de la France. / High-frequency (HF: 3 MHz to 30 MHz) hybrid mode radar is a promising solution for continuous monitoring of sea and land areas up to 2000 km. This mode is a combination of the modes of operation of the sky wave and surface wave radars. When signal processing is performed on a slow target, the ionospheric irregularities degrade the Doppler-distance images. To take this phenomenon into account in simulation, a software module based on probabilistic models of the ionospheric clutter has been developed with the aim of simulating the spatial and temporal behavior of the ionosphere in radar processing.The final version of this module is based on Booker's electron density profile, randomly modified in space from the Shkarofsky power spectral density function. The temporal aspect has also been taken into account in the radar processing by applying to the random phase paths thus generated a low-pass filtering taking into consideration the TEC (Total Electron Content) variation. The sensitivity of the Doppler shift and distance spreading to the parameters of the power spectral density and the cut-off frequency of the low-pass filter has also been studied. Finally, the synthesized images have been compared with the actual images obtained from an HF radar located in the South of France.

Les études de l'atmosphère neutre et ionisée de la terre ont connu un très grand développement dans les deux dernières décades grâce aux progrès des techniques spatiales (mesures in situ) et des moyens de sondage à distance (optique, radars). Pendant cette même période, le sondage de l'ionosphère par la technique de la diffusion incohérente en particulier a amené des progrès considérables dans la mesure des paramètres de l'environnement terrestre. La construction et l'exploitation de plusieurs stations radar dans le monde (ARECIBO à Puerto Rico, CHATANIKA à Alaska,U.S.A., JICAMARCA au Pérou, MILLSTONE HILL à Mass., U.S.A., ST. SANTIN (France), MALVERN (Grande Bretagne) prouvent l'intérêt et l'efficacité de cette technique. Ainsi il a été possible de mesurer de nombreux paramètres ionosphériques, tels que la densité électronique, les températures électroniques et ioniques, la composition ionique, la vitesse ionique et la fréquence des collisions ion-neutres (dans la région E) à plusieurs altitudes de la région E et F pratiquement en même temps (selon le système de mesure). Ces mesures ont permis d'étudier entr'autres la structure thermique, la dynamique et l'électrodynamique de l'atmosphère. Contrairement aux expériences mettant en oeuvre des véhicules spatiaux, le sondeur à diffusion incohérent, siation fixe au sol, permet de suivre les variations temporelles dans une zone de l'ionosphère fixe par rapport à la terre. De plus, avec certains instruments, on peut sonder une zone étendue en longitude et en latitude (ARECIBO, CHATANIKA, MILLSTONE HILL). L'étude de la physique de l'ionosphère et de l'atmosphère neutre à partir des données mesurées par les techniques énumérées ci-dessus, s'effectue suivant des lois physiques qui varient en fonction de la gamme d'altitude étudiée. Dans notre travail nous avons utilisé la technique de la diffusion incohérente appliquée à la raie de plasma pour étudier la distribution du flux d'électrons suprathermiques. Pour les mesures en moyenne latitude, nous avons utilisé la station de ST. SANTIN (France) et en haute latitude le travail a été effectué à CHATANIKA (Alaska).

On trouve dans l'ionosphère des hautes latitudes deux sources majeures d'ionisation : les électrons créés par photo-ionisation solaire, et les électrons précipités. L'établissement de l'équation de transport, qui décrit leur évolution est rappelé, puis nous en discutons et testons un modèle de résolution. Utilisant ce programme, nous calculons la production secondaire diurne d'électrons pour divers flux solaires, et nous en proposons un modèle mathématique plus simple. Puis nous étudions le bilan énergétique des électrons thermiques, à partir de précipitations d'électrons. L'équation du bilan détermine la balance entre les termes de chauffage, de relaxation, et de conduction de la chaleur. Nous montrons, en utilisant des mesures de façon intensive (radar EISCAT, satellite VIKING), que dans l'état actuel des connaissances des sections efficaces, ce bilan est vérifié. L'effet des précipitations d'ions est mis en évidence lors d'une des orbites du satellite.

Les électrons et les protons suprathermiques, issus du soleil et précipitant dans l'atmosphère des hautes latitudes, constituent une source d'énergie de l'ionosphère terrestre. Ces particules interagissent avec le gaz thermique ambiant par collisions. L'équation de Boltzmann, fournissant les flux de particules en altitude, énergie et angle d'attaque, permet une description des plus complètes du transport de ces particules. Nous la redémontrons dans le cas dissipatif, le plus général, et nous proposons une résolution originale des équations de transport des protons et des atomes d 'hydrogène, équations couplées via les réactions de changement de charge. Cette résolution, fondée sur l'introduction de forces dissipatives pour décrire la dégradation énergétique des particules précipitant, permet la prise en compte des redistributions angulaires, d'origine collisionnelle ou magnétique, jusqu'alors négligées. Pourtant, leur effet a été observé, depuis le sol, sur les émissions des atomes d 'hydrogène, comme en témoigne la composante, décalée vers le rouge, du profil Doppler selon le zénith magnétique. La résolution adoptée ici est validée par comparaison avec un autre modèle, dans le cas classique sans redistribution angulaire. L'influence de l'effet de miroir magnétique est discutée: cet effet ne semble pas pouvoir expliquer, à lui seul, le décalage vers le rouge observé. La redistribution angulaire collisionnelle doit jouer un rôle significatif. Enfin, une comparaison de notre modèle avec les données de la fusée Proton 1 est proposée.

Lorsque le champ magnétique interplanétaire est dirigé vers le Nord, les régions polaires de la magnétosphère terrestre, situées à haute altitude, sont peuplées d'électrons accélérés. L'ionosphère polaire voit quant à elle l'apparition d'aurores. Grâce aux observations magnétosphériques de la mission multi-satellites Cluster et à notre modélisation du transport de particules le long des lignes de force du champ magnétique terrestre B, nous avons montré, au cours de cette thèse, que les électrons à l'origine de ces aurores proviennent de la couche frontière de la magnétosphère. Localisée à très haute altitude, cette couche sépare les milieux terrestre et interplanétaire. Accélérés par des champs électriques parallèles à B, situés à des altitudes aussi bien inférieures que supérieures à celles des satellites, ces électrons précipitent dans l'ionosphère avec des énergies de l'ordre du keV. Ils sont accompagnés par des échappements d'ions ionosphériques et l'ensemble des particules transporte des courants alignés le long de B et dirigés vers la magnétosphère, équivalents à quelques µA/m² aux altitudes ionosphériques. Le système de courant se referme par des courants alignés dirigés vers la Terre, d'intensité comparable, portés par des faisceaux d'électrons étroits et variables. Très alignés le long de B, ces électrons s'échappent de l'ionosphère avec des énergies de ~ 50 eV et déclenchent des instabilités faisceau-plasma à l'origine d'ondes électrostatiques large bande observées par Cluster et reproduites par les modèles.