Utilisation de modèles physiques pour comprendre la dynamique des ceintures de radiation d'électrons de la terre

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Varotsou, Athina (2005)
  • Subject: Magnétosphère | Ceintures de radiation | Electrons | Modèle physique | Dynamique | Diffusion radiale | Interactions ondes-particules | 520

Depuis la découverte des ceintures de radiation terrestres par James Van Allen, à la fin des années 50, l'intérêt d’explorer cette région qui entoure la Terre et de comprendre la physique impliquée n’a pas cesser de s’exprimer. Cet environnement étant très radioactif, il constitue un danger important pour les satellites en vol et les humains dans l’espace. Pour avancer dans cette direction, le Département d'Environnement Spatial à l'ONERA, centre de Toulouse, a entrepris dans les années 90 le développement d’un modèle physique de ceintures de radiation terrestres, le modèle Salammbô. Depuis sa conception, le modèle Salammbô n’a pas cessé d’évoluer, grâce à la réalisation de plusieurs thèses et de recherches continues. Dans le cadre de cette thèse, le but était d’étudier la dynamique qui caractérise la ceinture externe d’électrons. Très tôt dans l’histoire de la recherche sur les ceintures de radiation, le processus de diffusion radiale a été identifié comme le processus clé de la dynamique observée. A l’heure actuelle, l'accélération locale des électrons par les interactions résonantes avec des ondes de type « whistlers » constitue le candidat le plus probable pour expliquer l'augmentation importante des flux d’électrons de haute énergie, observée suite à un orage magnétique. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur l'étude de l'effet combiné de la diffusion radiale et de ces interactions ondes-électrons en dehors de la plasmasphère. Les résultats de cette étude montrent que les ondes chorus (ondes type « whistlers ») accélèrent fortement les électrons à des énergies relativistes en dehors de la plasmasphère. Quand le processus de diffusion radiale et l'accélération locale des électrons par les ondes sont pris en compte dans les simulations, les deux processus sont en compétition et le résultat final dépend de la puissance relative des deux. Since the discovery of the Earth's radiation belts by James Van Allen, in the fifties, the interest in exploring this region around Earth and in understanding the physics implicated hasn't ceased to increase. This environment being very radioactive, it constitutes an important danger for satellites in orbit and humans in space. The Department of Space Environment at ONERA, centre of Toulouse, begun in the nineties the development of a physical model describing the Earth's radiation belts, the Salammbô model. Since its conception, the Salammbô model hasn't ceased to evolve thanks to an important number of PhD's and continuous researches. The purpose of this thesis was to study the dynamics of the electron outer radiation belt. Early in the history of research on the radiation belts, the process of radial diffusion was identified as a key process of the dynamics observed. Recently, local acceleration of electrons due to resonant interactions with whistler-mode chorus waves is being considered as the most probable candidate to explain the important increase of high energy electron flux observed after a magnetic storm. Research of this thesis has focalised on the combined effect of radial diffusion and electron-chorus interactions outside the plasmapause. Results show that chorus waves accelerate electrons to relativistic energies. When radial diffusion and electron-chorus interactions are taken into account in the simulations, the two processes are in competition and the final result depends on the relative power of the two.
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