Student : David ECOFFET
Advisor : Pierre-Louis BLELLY
Start : Octobre 2018
Group : PEPS
L’ionosphère peut avoir un impact important sur la propagation des ondes radioélectriques. En basses fréquences, typiquement pour des fréquences inférieures à quelques mégahertz, l’ionosphère peut induire une « réflexion » totale des ondes émises depuis la Terre. Au‐delà et jusqu’à une dizaine de Gigahertz, l’ionosphère induit sur les signaux radioélectriques la traversant un retard de groupe important, une rotation de polarisation et des effets de réfraction et des fluctuations rapides d’amplitude et de phase. Ces derniers sont particulièrement gênants pour les systèmes de navigation par satellite (GNSS), conduisant à des erreurs de localisation, voire des décrochages des récepteurs. Aujourd’hui les effets ionosphériques sur la propagation des ondes électromagnétiques sont encore mal appréhendés car la couche ionosphérique elle‐même n’est pas parfaitement décrite par les modèles. Un focus particulier sur les zones polaires, domaine où l’activité solaire est particulièrement importante sur l’ionosphère, est proposé. En effet, au niveau de cette région, les particules chargées transportées par le vent solaire jusqu’au niveau de la Terre pénètrent dans la magnétosphère terrestre et modifient l’état de la couche ionosphérique. A ce jour, l’insuffisance de modèles fins de caractérisation des scintillations ionosphériques ne permet pas de mener plus avant des études d’amélioration des systèmes radioélectriques et des algorithmes des récepteurs.
Les processus « turbulents » dans l’ionosphère sont responsables des phénomènes de scintillation ou d’absorption. Actuellement, il n’y a aucune étude poussée visant à établir des corrélations entre la physique des irrégularités observées (ou du moins observables) et leur impact sur les ondes électromagnétiques, caractérisé par les paramètres S4 et sigma phi. Les travaux proposés dans le cadre de cette thèse visent donc à :
- caractériser les irrégularités d’un point de vue physique (mécanismes sous‐jacents, échelles caractéristiques, structure, dynamique,…) ;
- modéliser ces irrégularités en les intégrant dans un modèle ionosphérique (critères de déclanchement, propagation, dispersion, atténuation,…) ;
- étudier leur impact sur la propagation des ondes, notamment en déterminant les paramètres S4 et sigma phi à partir de l’outil de simulation.
Pour cela, on s’appuiera sur des modèles ionosphériques développés à l’IRAP, qui permettent de caractériser le fond ionosphérique et l’ensemble des paramètres du plasma thermique et sur des modèles de propagation d’ondes développés à l’ONERA. Les corrélations entre scintillations et irrégularités seront réalisées en utilisant les données de radar à diffusion incohérente (EISCAT), qui fournissent la structure de l’ionosphère le long des lignes de champ, les données de radar à diffusion cohérente (SuperDARN), qui fournissent la dynamique à grande échelle du plasma ionosphérique ainsi que des informations sur les irrégularités qui se développent et se propagent dans le milieu ionisé, et les données de récepteurs GNSS, qui fournissent des informations sur le contenu électronique total et sur les scintillations.