Etude de la propagation des ondes radio dans les environnements planétaires

Study of radio waves propagation through planetary environments

• Auteur / Autrice : Anne-Lise Gautier
• Direction : Baptiste Cecconi, Philippe Zarka
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Canu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Baptiste Cecconi, Philippe Zarka, Ondřej Santolík, Robert John MacDowall, Philippe Louarn, Alain Hilgers
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ondřej Santolík, Robert John MacDowall

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétosphère

Ionosphère

Radioastronomie

Résumé

Dans le système solaire, l'étude des rayonnements radio très basse fréquence (de quelques kHz à quelques MHz) permet d'obtenir des informations sur les processus d'accélération des électrons dans les environnements planétaires et dans le vent solaire. La compréhension des mécanismes d'émission et la maîtrise des moyens de détection permettent de sonder les conditions physiques dans les plasmas sources. Cette thèse porte sur l'étude de la propagation des ondes radio dans les environnements planétaires. Leur caractère inhomogène implique que la propagation n'est pas obligatoirement rectiligne, et la présence des champs magnétiques ambiants rend le plasma anisotrope. L'étude des phénomènes de propagation permet de s'affranchir d'une hypothèse de propagation des ondes électromagnétiques dans les plasmas anisotropes et magnétisés a mené au développement d'un code général de tracé de rayons, calculant également l'état de polarisation de l'onde le long des rayons : ARTEMIS-P (Anisotropic Ray Tracer for Electromagnetism in Magnetosphere, Ionosphere and Solar wind, including Polarization). Ce code nous a permis de mener deux études : l'effet de détection au-delà de l'horizon des signatures radio des éclairs orages de Saturne et l'influence de la présence de l'ionosphère sur la propagation des ondes radio produites dans l'atmosphère de Saturne, et l'influence du profil des cavités aurorales sur le diagramme de rayonnement des sources de l'émission kilométrique terrestre.

In the Solar System, the study of the radio emissions at very low frequencies (from few kHz up to few MHz) is a source of information about the processes of acceleration of electrons in the planetary environment and in the Solar Wind. The understanding of the emission mechanisms and the knowledge of the methods of detection enable to probe the physical conditions of the plasma sources. This dissertation deals with the propagation of the radio waves in the planetary environment. Their inhomogeneous characteristics could induce a non-linear path of rays in addition to the anisotropy of the plasma caused by the presence of magnetic fields. The study of wave propagation effects permits to relax the hypothesis of rectilinear propagation between the source and the detectors, to track the evolution of the wave characteristics and to probe the propagating medium. The theoretical study of the propagation of electromagnetic waves in magnetized and anisotropic plasma led to the development of a generalized ray tracing code, that includes the calculation of the polarization state of the wave along the rays : ARTEMIS-P (Anisotropic Ray Tracer for Electromagnetism in Magnetosphere, Ionosphere and Solar wind, including Polarization). This code led to two studies : on the one hand, the modeling of the "Over-the-Horizon" effect consisting of the detection of guided radio signatures associated with lightning bursts in Saturn atmosphere, and on the other hand, the characterization of the influence of the auroral cavities profile on the beaming of the Auroral Kilometric Radiation (AKR) at the Earth.