Les échelles de la turbulence dans l'ionosphère des hautes latitudes et leurs signatures sur les échos des radars HF du réseau SuperDARN

par Xavier Vallières

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Paul Villain.

Soutenue en 2002

à Orléans .

mots clés

• Ionosphère
• Ondes -- Propagation
• Radar

Résumé

SuperDARN est un réseau de radars HF trans-horizons dédié à l'étude de la convection du plasma ionosphérique des régions de haute latitude. Les mouvements turbulents sont détectés par rétrodiffusion cohérente des ondes sur les irrégularités d'ionisation (diffusion de Bragg). Celles-ci sont formées par des mécanismes d'instabilité de plasma et alignées au champ magnétique terrestre. Le diagnostic du plasma des zones aurorales permet l'étude indirecte des régions de la magnétosphère plus éloignées de la Terre et soumises à l'influence du Vent Solaire. Les travaux présentés ici portent sur l'étude des interactions à diverses échelles entre l'ionosphère et les ondes radar émises et leur impact sur les mesures. On s'intéresse d'abord aux microéchelles caractéristiques des mouvements turbulents et cyclotron des ions. Des études sont mises en place pour détecter leur signature dans les fonctions d'autocorrélation temporelle. Ensuite, l'accent est mis sur le rôle des moyennes échelles (100 m à 10 km). Des études statistiques sont menées sur les données SuperDARN et mettent en évidence une dépendance de la largeur spectrale mesurée, à la fréquence émise ainsi qu'à la distance de l'écho. L'observation systématique de cet effet, indépendamment des conditions géophysiques, suggère que les mesures soient perturbées par une décorrélation du front d'onde au cours de la propagation. Des simulations numériques, basées sur la méthode de Rytov et sur un jeu de paramètres réalistes des conditions de mesure, obtenues à partir de données satellite, sont mises en œuvre. Elles reproduisent l'effet de la perte de cohérence du front d'onde sur la détermination des paramètres et l'écart non négligeable entre les largeurs spectrales déduites à différentes fréquences. Ces études illustrent par ailleurs l'importance des gradients de grande échelle sur la propagation et la localisation des échos dans l'interprétation des données.

Titre traduit

Turbulence scales in the high-latitude ionosphere and their signatures upon echoes detected by SuperDARN HF radars

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