Chapitre 2: Ondes électrostatiques électroniques
II.2 Observations antérieures
II.2.2 Classifications existantes et propriétés statistiques
La première classification des ondes électrostatiques aux (n+½)fce a été suggérée par Hubbard et Birmingham en 1978. Elle est basée sur les propriétés spectrales de ces émissions. Les observations de OGO 5 et de IMP6 ont été divisées en quatre classes en fonction des fréquences et les largeurs de bande des émissions. On peut voir sur la Figure 2.8 un résumé de celles-ci.
Cette classification reprend en partie les différentes propriétés spectrales que nous avons présentées plus haut.
Figure 2.8 : Représentation schématique des quatre classes d’émissions électrostatiques à partir des données de IMP6 et de OGO 5, la valeur du rapport fpe/fce est donnée à titre indicatif pour les classes 3 et 4, d’après Hubbard et Birmingham (1978).
En utilisant un modèle basé sur les caractéristiques du plasma, Hubbard et Birmingham (1978) ont simulé numériquement chacune de ces classes observées.
Un résumé de cette classification et des considérations théoriques est donné dans le tableau 2.2.
Classe Nom Fréquence Intensité Observation Théorie 1a 3/2 basses 1<f/fce<1.2 >1 mV. m-1 Obs haute lat
20<lat<50 Nécessite ce uhc f f f ≤ <<2 1b 3/2 1.2<f/fce<2 2 . 0 / ≤ ∆f f
>1 mV. m-1 Obs équateur Nécessite
c UHC f f <2 2 (n+½) multi harmoniques 1 . 0 / ≈ ∆ ff uhr f fmax ≤ >1 mV. m-1 dans chaque bande
Obs équateur Nécessite
c
uhc f
f >2 3 Bandes diffuses fmax fce ≤4
5 . 0 / ≅ ∆f fce qqs µV /m Toutes latitudes Côté jour Peut être instable 4 f~fuhr ∆f /fce ≅0.1 uhr f f f << max ~ 1-20 mV/m Plasmapause (n+½)fce=fuhr Nécessite H c n n >>
Tableau 2.2 : Classification des ondes électrostatiques d’après Hubbard et Birmingham (1978), le plasma est composé de deux populations de
températures et densités différentes : (nc, Tc) pour la population froide et (nh, Th ) pour la population chaude, fuhr désigne la résonnance à l’hybride haute, fuhc désigne l’hybride haute correspondant à la population froide.
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La classe 1 de Hubbard et Birmingham (1978) est aussi bien observée côté jour que côté nuit. La classe 2 est observée plus souvent côté jour, tandis que la classe 3 et la classe 4 sont majoritairement observées côté jour.
L’étude de la répartition en latitude magnétique pour chacune de ces observations a montré que la classe 1a était plus communément observée à haute latitude, d’autre part alors que la couverture spatiale de IMP6 dans la région équatoriale n’a pas permis une étude appropriée de la classe 1b. La statistique pour les classes 3 et 4 n’était pas significative pour en ressortir des propriétés quant à leur position en latitude magnétique.
Une autre classification des émissions électrostatiques a été établie par Gough et al., (1979) à partir des données de GEOS 1 et GEOS 2. Cette classification est légèrement différente et est basée sur la densité du plasma froid qui va influer sur la forme spectrale de ces ondes.
On peut voir un résumé des différents spectres observés dans les différentes classes sur la Figure 2.9
Figure 2.9 : Exemples typiques de spectre du champ électrique mesuré lors de l’apparition des émissions électrostatiques par GEOS-1 (d’après Horne, 1981).
Chacune de ces classes est observée à toutes heures locales tout au long de l’orbite géostationnaire de GEOS 2. D’après Gough (Gough et al., 1979), les ondes de classe I sont observées côté nuit, alors que celles de la classe II le sont dans le secteur matin.
Celles des classe III et IV sont observées du côté jour, avant que le satellite GEOS ne rencontre le « bulge », ou renflement plasmasphérique.
On peut donc voir à travers ces classifications que plusieurs dénominations existent dans la littérature pour des formes similaires d’observation d’ondes aux (n+½) fce. La classe I de Gough (Gough et al., 1979) correspond à la classe 1a et classe 1b de Hubbard et Birmingham (1978). Les classes II et III pourraient correspondre à certaines émissions de la classe 2, alors que la classe IV peut être reliée aux bandes diffuses (classe 3 de Hubbard et Birmingham, (1978)).
Des études statistiques plus récentes concernant les émissions électrostatiques ont été faites dans la région de la magnétosphère interne. Les travaux de Roeder et Koons (1989) sont basés sur les données des satellites AMPTE-IRM et SCATHA pour étudier les émissions électrostatiques dans la région de la magnétosphère interne sur une large échelle de distances radiales, allant de 4 à 12 rayons terrestres (RT). Il est apparu que les émissions électrostatiques aux (n+½)fce sont plus fréquemment observées entre 03 et 06 MLT à des distances radiales entre 4 et 8 RT, les émissions les plus intenses apparaissant entre 21 et 06 MLT.
D’autres études statistiques (Paranicas et al., 1992) concernent la position en fréquence des ondes électrostatiques observées entre deux harmoniques successives de la gyrofréquence électronique. Il apparaît que, pour les émissions qui sont observées à quelques degrés de latitude, la fréquence d’observation se situe dans la seconde moitié de l’intervalle entre deux gyrofréquences successives, et pour les plus intenses d’entres elles, au plus près de la limite supérieure de l’intervalle. Une exception apparaît pour les émissions dans le secteur minuit qui s’étendent à des latitudes plus élevées : la fréquence de ces émissions se situe dans la moitié inférieure de l’intervalle.
Enfin, Labelle et Ruppert (1999) ont mis en évidence de façon statistique la structure fine des émissions en étudiant les données d’AMPTE IRM : 15% des spectres observés présentaient une structure fine.
Il ressort donc de ces études statistiques que :
• Les émissions aux (n+½) fce sont confinées près de l’équateur magnétique ; • Elles sont souvent observées du côté aube;
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• Les émissions les plus intenses sont observées entre 21 et 06 MLT, Ce qui va permettre d’étudier leur implication dans le phénomène des aurores diffuses ; • La position en fréquence dépend du rapport fpe/fce et des intensités mesurées ; • Leur spectre en fréquence présente parfois des structures fines.
Il est nécessaire d’unifier les classifications et les dénominations citées dans la littérature, même si les conditions d’observation ne sont pas les mêmes. Nous présenterons dans le chapitre 5 une classification des émissions observées dans la plasmasphère par l’instrument WHISPER. Nous allons maintenant brièvement présenter les quelques modèles proposés dans la littérature pour expliquer la génération des ondes aux (n+ ½ )fce.