Variation avec le cycle solaire et modélisation globale du champ magnétique ionosphérique : préparation de la mission Swarm

par Virginie Penquerc'h

Thèse de doctorat en Géophysique interne

Sous la direction de Arnaud Chulliat.

Soutenue en 2011

à Paris, Institut de physique du globe .


  • Résumé

    Le champ magnétique de la Terre est mesuré en permanence par environ 200 observatoires magnétiques dans le monde et par des satellites, tels Oersted (lancé en 1999) ou CHAMP (2000-2010). Ces enregistrements permettent d’étudier les propriétés du champ magnétique terrestre, et notamment de modéliser les contributions des diverses sources du champ. Parmi celles-ci, des courants électriques circulant dans l’ionosphère vers 110 km d’altitude sont responsables de la variation diurne du champ observée depuis le XVIIIe siècle. Ce champ, dit champ ionosphérique Sq, est présent surtout du coté jour de la Terre, aux moyennes latitudes, et varie fortement avec les jours, les saisons et suivant l’activité solaire. Le but de ce travail a été double : étudier la variabilité du champ Sq en fonction de l’activité solaire, et améliorer sa paramétrisation dans les modèles numériques dans la perspective de la future mission Swarm de l’ESA. Cette thèse est donc divisée en deux parties. La première partie présente une étude de la variabilité du champ Sq sur plusieurs cycles solaires en fonction de l’indice f10. 7, qui est un bon indicateur de l’activité du Soleil. A partir des données de plusieurs observatoires, nous montrons qu’une partie de la variabilité du champ Sq avec l’activité solaire n’est pas prise en compte dans les modèles actuels en harmoniques sphériques. Ce coefficient de variabilité (nombre de Wolf) dépend de la saison considérée, une observation robuste sur plus de cinquante ans de données. Ce résultat suggère l’existence d’un effet saisonnier dans la relation entre la conductivité électrique de l’ionosphère et l’activité solaire. La deuxième partie présente une nouvelle modélisation en harmoniques sphériques du champ Sq. A partir de quatre mois de données du satellite CHAMP, nous montrons qu’il est possible de retrouver les caractéristiques principales du champ ionosphérique aux moyennes et basses latitudes. Les modèles obtenus, dont les paramétrisations sont proches de celle du modèle CM4 (Sabaka et al. , 2004), reproduisent de manière satisfaisante le champ observé dans les observatoires.

  • Titre traduit

    Solar cycle variation and global modelling of the ionospheric magnetic field : preparation of the Swarm satellite mission


  • Résumé

    The Earth’s magnetic field is continuously measured by about 200 magnetic observatories worldwide and by satellites, such as Oersted (launched in 1999) and CHAMP (2000-2010). These recordings are used to study the properties of the geomagnetic field, and in particular to model the contributions of the various sources of the field. Among these, the electric currents flowing in the ionosphere around 110 km of altitude cause the diurnal variation of the field, which has been observed since the eighteenth century. This field, the so-called Sq ionospheric field, is mainly present on the dayside of the Earth, at midlatitudes, and strongly varies with days, seasons and solar activity. The aim of this study was twofold: to study the variability of the Sq field with solar activity, and to improve its parameterisation in numerical models as a preparation for the upcoming ESA Swarm mission. This thesis is divided into two parts. The first part presents a study of the variability of the Sq field over several solar cycles as a function of the f10. 7 index, which is a good indicator of solar activity. Using data from several observatories, we show that part of the solar cycle variability of the Sq field is not taken into account in current spherical harmonics models. This coefficient of variability (Wolf ratio) varies with seasons, a robust observation over more than fifty years of data. This result suggests the existence of a seasonal effect in the relationship between the electrical conductivity of the ionosphere and solar activity. The second part presents new spherical harmonic modelling of the Sq field. Based on four months of CHAMP satellite data, we show that it is possible to recover the main characteristics of the ionospheric field at low and mid-latitudes. The resulting models, for which the parameterisations are close to that of the CM4 model (Sabaka et al. , 2004), satisfactorily reproduce the observed field in observatories.

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  • Détails : 1 vol. (142 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.135-142

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  • PEB soumis à condition
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