Modélisation de la dynamique couplée des

Université Toulouse III - Paul SABATIER
(U.F.R. Physique, Chimie, Automatique)
Thèse
pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université Toulouse III
Discipline : Physique des plasmas spatiaux
présentée et soutenue par
Yannis Hurtaud
le 19 octobre 2007
Titre :
Modélisation de la dynamique couplée
des plasmas
magnétosphérique et ionosphérique
Jury
Président : Prof. Henri REME
Directeur de thèse : Prof. Christophe PEYMIRAT
Codirecteur de thèse : Dr. Pierre-Louis BLELLY
Rapporteurs : Dr. Dominique FONTAINE
Dr. Pierrette DECREAU
Examinateur : Dr. Pierre DEGON

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Résumé
L’interaction du vent solaire avec le champ magnétique terrestre crée dans la magnéto-
sphère 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 magnéto-
sphériques 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 convec-
tion magnétosphérique.
Le Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements dispose d’un modèle numérique dé-
crivant de manière autocohérente la convection magnétosphérique et ses couplages avec
l’ionosphère. Nous avons modifié ce code afin :
→1) d’y inclure les effets des asymétries entre les deux hémisphères Nord et Sud de
la Terre liées à l’éclairement solaire
→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 magnéto-
sphère 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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Abstract
The interaction of the solar wind with the terrestrial magnetic field induces in the
magnetosphere an electric field responsible of the motion (or convection) of the plasma
from the tail to the Earth. The magnetospheric particles interact with the ionosphere,
the ionized part of the Earth’s atmosphere. They modify the electrical properties of the
ionospheric conductor, particularly the electric field distribution which moves the magne-
tospheric plasma.
The Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements built a numerical model describing
self-consistently the magnetospheric convection coupled with the ionosphere. We modified
this code in order :
→1) to include the effects of the asymmetry between the two north and south hemis-
pheres due to the solar illumination
→2) to replace the used dipolar magnetic field model by a more realistic model
The first numerical results show the large effect of the inter-hemispheric asymmetry
on the ionospheric plasma dynamics but that the magnetosphere is relatively insensitive
to these effects. They also show that the use of a magnetic field topology more realistic
than the one of a dipole is necessary to reproduce the observations.
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