Student : Étienne FOUCAULT
Advisor : Pierre-Louis BLELLY
Co-advisor : Aurélie MARCHAUDON
Start : Octobre 2016
Group : PEPS
La météorologie de l’espace est la discipline qui traite des aspects phénoménologiques et de l’état physique des
environnements spatiaux naturels. Au moyen de l’observation, de la surveillance, de l’analyse des données et de la
modélisation, elle a plusieurs objectifs : d’une part, comprendre et prévoir l’état du Soleil, du milieu interplanétaire, des
environnements planétaires et en premier lieu celui de la Terre, ainsi que les perturbations qui les affectent, qu’elles
soient d’origine solaire ou non ; d’autre part, analyser en temps réel ou prévoir d’éventuels effets sur les systèmes
biologiques et technologiques. Dans cette discipline, la physique ionosphérique est l’objet d’un regain d’intérêt pour
une raison essentielle liée aux propriétés dispersives de ce milieu car l’ionosphère joue un rôle critique en affectant les
communications sol-espace (GNSS) ou sol-sol (Haute Fréquence, HF). Un moyen efficace de sonder ce milieu est
l’utilisation de radars HF qui peuvent fournir simultanément une information locale couplée à une information intégrée
sur le milieu dispersif.
Le programme international SuperDARN gère une chaîne de radars HF principalement installés dans les régions
aurorales et polaires des hémisphères Nord et Sud. Ces radars donnent accès à la cartographie vectorielle du champ de
vitesse du plasma ionosphérique. La chaîne est en cours d’extension vers les moyennes latitudes pour assurer le suivi
des perturbations de l’ionosphère sous l’effet des événements solaires extrêmes, comme les éruptions. La couverture
planétaire du réseau et le fonctionnement continu des radars font de SuperDARN un outil de choix pour caractériser
l’état global de la magnétosphère en quasi-temps réel. L’intérêt de ce suivi magnétosphérique est critique dans le cadre
notamment de la Météorologie de l’Espace. La France est impliquée dans ce consortium au travers du radar implanté à
Kerguelen, dont la responsable scientifique (Aurélie Marchaudon) est chercheure à l’IRAP. Cette implication
instrumentale nous assure l’accès aux données de l’ensemble des radars. Dans ce programme d’extension, les équipes
anglaises ont prévu d’installer un nouveau radar SuperDARN dans le Sud-Ouest de la France, ce qui nous offre une
opportunité majeure d’étudier l’ionosphère des moyennes latitudes en temps réel, au travers de la propagation des ondes
HF.
Nous envisageons un nouvel axe de recherche visant à mieux exploiter l’information intégrée contenue dans les
données radar, qui couple l’exploitation de ces données à de la modélisation ; la proposition de thèse consiste ainsi à
développer un code de propagation d’ondes HF basé sur le modèle inter-hémisphérique d’ionosphère élaboré par notre
groupe à l’IRAP. L’objectif est une reconstruction de l’état de l’ionosphère sur une large couverture spatiale avec une
résolution temporelle de l’ordre de la minute. La démarche envisagée consiste en une assimilation des observations d’un
radar SuperDARN pour contraindre le modèle ionosphérique, et pour cela nous explorerons deux approches : la
résolution classique d’un problème inverse et une approche innovante que nous développons dans le cadre de travaux
sur la radio-occultation, qui consiste en une simulation directe sous contrainte de la propagation des ondes. Ce nouveau
modèle nous permettra de mieux caractériser la propagation des ondes HF, notamment au-dessus de l’Europe de
l’Ouest, et représentera la base de travail pour la mise en place d’un service de prévision. La thèse se déroulera au sein
de l’IRAP, à Toulouse. Elle sera financée par la Direction Générale de l’Armement ainsi que par Thalès Alenia Space.