Développement et comparaison de méthodes d'assimilation de données appliquées à la restitution de la dynamique des ceintures de radiation terrestres

par Vincent Maget

Thèse de doctorat en Sciences et techniques spatiales

Sous la direction de Sébastien Bourdarie.

Soutenue en 2007

à Toulouse, ISAE .

mots clés

• Mesures in-situ
• Méthode d'ensemble
• EnKF
• Terre -- Thèses et écrits académiques
• Van Allen, Ceinture de -- Thèses et écrits académiques
• Magnétosphère -- Thèses et écrits académiques
• Électrons -- Thèses et écrits académiques
• Protons -- Thèses et écrits académiques
• Analyse des données -- Thèses et écrits académiques
• Assimilation de données (géophysique) -- Thèses et écrits académiques
• Kalman, Filtrage de -- Thèses et écrits académiques
• Orages magnétiques -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Les ceintures de radiation de la Terre ont été mises en évidence au début de l'ère spatiale en 1958 par J. Van Allen grâce aux données du satellite Explorer 3. Cet environnement peut être très hostile aussi bien pour le corps humain que pour l'électronique embarquée sur les satellites. Les modèles actuels de référence sont ceux de la NASA : AE8 pour les électrons et AP8 pour les protons. Ils ont été élaborés vers la fin des années 70 et le début des années 80 à l'aide de mesures éparses et d'une interpolation entre chacune d'elles. Parallèlement à cela, la modélisation physique des ceintures de radiation s'est accélérée avec l'essor de l'informatique et des mesures satellites in situ. L’ONERA / DESP dispose à la fois d'un modèle physique dynamique performant des ceintures de radiation et d'un large éventail de mesures satellites. L'objectif de ce travail de thèse a été de tirer parti de cette dualité que peu de laboratoires possèdent grâce à l'assimilation de données. Elle peut être considérée comme un processus d'association d'observations ponctuelles à une prédiction globale réalisée par un modèle. Deux méthodes ont été envisagées aussi bien dans le cas électrons que protons. La première a consisté à poursuivre les travaux d'assimilation directe entamés au département DESP afin de l'adapter à l'échelle du cycle solaire et ainsi poser des bases solides à la définition de nouveaux modèles de spécification de l'environnement spatial. La seconde est l'adaptation d'un filtre de Kalman d'Ensemble (EnKF) issu du domaine de l’océanographie aux ceintures de radiation. Technique d'assimilation évoluée, elle permet d'affiner la restitution et ouvre la voie à la prédiction et à une météorologie spatiale objective.

Titre traduit

Implementation and comparison of data assimilation techniques used to reconstruct the Earth radiation belts dynamics

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