Étude et modélisation des ceintures de radiation de Jupiter

Study and modeling of the radiation belts of Jupiter

• Auteur / Autrice : Quentin Nénon
• Direction : Angélica Sicard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, sciences de l'espace, planétologie
• Date : Soutenance le 12/09/2018
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Physique spatiale et instrumentation (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales. Département Physique, Instrumentation, Environnement, Espace (DPHY) (Toulouse, Haute-Garonne)
• Jury : Président / Présidente : Jean Dandouras
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Fontaine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicole Cornilleau-Wehrlin, Philippe Zarka

Mots clés

Mots clés contrôlés

Jupiter (planète)

Magnétosphère

Van Allen, Ceinture de

Mots clés libres

Jupiter

Magnétosphère

Ceintures de radiations

Ondes électromagnétiques

Mesures in-Situ

Rayonnement synchrotron

Jupiter

Magnetosphere

Radiation belts

Electromagnetic waves

In-Situ measurements

Synchrotron radiation

Résumé

Les ceintures de radiation de la planète géante Jupiter sont constituées d’électrons, de protons et d’ions lourds de très haute énergie. Ces particules chargées représentent un risque majeur pour les satellites artificiels cherchant à explorer Jupiter. Dans le même temps, comprendre l’origine et la répartition de ces particules est une problématique fondamentale du domaine de la Physique de l’Espace.Le modèle physique Salammbô de l’ONERA répond aux deux enjeux précédents. Il a été développé pour le cas de la planète géante au cours de deux thèses successives qui se sont terminées en 2004 [Santos-Costa, 2001 ; Sicard, 2004]. Les travaux précédents ont permis de mettre en place un modèle d’électron qui s’étend de l’atmosphère de Jupiter jusqu’à l’orbite d’Europe (9 Rj) et un modèle de proton jusqu’à l’orbite de la lune volcanique Io (6 Rj). Depuis cette date, la mission américaine Galileo, qui fut en orbite autour de Jupiter jusqu’en 2003, a livré de nombreuses informations sur les ceintures de radiation et sur l’environnement qui influence celles-ci.Cette thèse revisite le modèle électron et étend le modèle proton jusqu’à l’orbite d’Europe. Cela permet, en particulier, de montrer que les ondes électromagnétiques se propageant entre les orbites des lunes Io et Europe induisent des pertes significatives de particules, celles-ci étant précipitées dans l’atmosphère de Jupiter. Les modèles proposés au cours de cette thèse sont également mieux à même de prédire l’environnement extrême et limitant des ceintures de radiation que les précédents travaux.

The radiation belts of the giant planet Jupiter are populated by very energetic electrons, protons and heavy ions. On one hand, these charged particles represent a major threat to exploration missions. On the other hand, understanding the radiation belt particles origin and distribution is a fundamental question of the broad Space Physics research domain.The physical model Salammbô of ONERA addresses the two previous challenges. It has been developed during two successive previous PhD thesis that ended in 2004 [Santos-Costa, 2001; Sicard, 2004]. Previous work has enabled to predict and study the electrons inward of Europa’s orbit (9 Rj) and the protons inward of the volcanic moon Io (6 Rj). Since 2004, the Galileo mission that was in orbit around Jupiter until 2003 has provided many inputs regarding the Jovian radiation belts and the environment that shape them.This PhD thesis revisits the electron model and expands the proton’s one up to Europa’s orbit. Our modeling effort shows that, in particular, electromagnetic waves propagating between the orbits of the moons Io and Europa create strong particle losses within the radiation belts, as the charged particles are precipitated in the Jovian atmosphere. In addition, our models are better suited than what has been proposed by previous work to predict the harsh radiative environment near Jupiter.STAR