INTERACTIONS ONDES PARTICULES Dans les plasmas chauds et peu denses des

environnements ionisés planétaires et du vent solaire, l'absence de collisions binaires favorise le développement de fonctions de distribution électroniques et ioniques hors d'équilibre. Le présent chapitre décrit les ondes émises par ces plasmas hors l'équilibre et les conséquences en retour sur les distributions des ions et des électrons.

4.4.1 INTERACTION ENTRE LES ELECTRONS ENERGETIQUES ET LE MODE SIFFLEMENT De nombreux résultats sur les interactions entre ondes cyclotroniques électroniques (mode sifflement ; fréquence de l'ordre de 100 Hz-3kHz) et les électrons énergétiques (énergie E comprise entre 10 keV et 300 keV) ont été obtenus ces dernières années dans la magnétosphère terrestre, grâce en particulier aux données acquises par les satellites GEOS. Une étude statistique du mécanisme de génération du souffle plasmasphérique est en cours. Elle montre que ce souffle est engendré par une interaction locale dans la plasmasphère et qu'il n'est pas nécessaire de trouver des sources externes à la plasmasphère pour expliquer la présence quasi-permanente de ce type d'émission. Par ailleurs, les difficultés rencontrées _{au plan théorique pour} expliquer quantitativement certains phénomènes d'auto- oscillations dans les interactions citées, nous ont amenés à développer une étude par simulation numérique. Le code utilisé est entièrement électromagnétique, particulaire, à une dimension d'espace le long du champ magnétique statique B0 et trois dimensions en vitesses. Initialement, la _{population électronique} est _{composée de} deux distributions : une distribution maxwellienne majoritaire "froide" isotrope en température et une distribution minoritaire chaude, anisotrope en température (température T..L � T/j, où les indices -L et // font références _{à BQ). Les résultats} obtenus actuellement, tant pour la croissance et la saturation des ondes que pour la relaxation partielle de l'anisotropie de température de la distribution électronique chaude sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Ces simulations _{ont permis de mettre en évidence un certain} nombre de phénomènes fins dans la phase de croissance des ondes (comme l'apparition d'un bruit _{électrostatique} relativement important parallèlement _{à B0, suivi d'un} chauffage partiel des électrons "froids"), phénomènes difficiles à observer expérimentalement en raison de la résolution _temporelle insuffisante _{des expériences.} Une étude paramétrique est en cours, en variant _{l'anisotropie} initiale, les vitesses thermiques relatives des deux populations et leur densité, afin d'évaluer l'importance relative de ces différents paramètres dans l'évolution temporelle et la saturation des ondes [B/89.10].

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4.4.2 CHAUFFAGE _{DES IONS IONOSPHERIQUES}

Nous avons vu qu'une partie importante du plasma magnétosphérique est d'origine ionosphérique. Cependant, l'extraction des ions ionosphériques est gênée par leur faible température (� 1 eV). Les satellites en orbite _{polaire basse ont permis de mettre en évidence des} processus de chauffage des ions ionophériques dans la direction transverse _{par rapport au champ magnétique.} La force miroir liée à la décroissance du champ magnétique permet ensuite de "tirer" vers la magnétosphère ces ions chauffés, dont les distributions dans l'espace des vitesses ont des formes dites "en coniques", c'est à dire que le flux est maximum pour certains _{angles d'attaque. Une étude expérimentale à} partir des mesures effectuées à bord du satellite AUREOL-3 [A/sou.24] a été menée pour identifier le processus qui permet le chauffage transverse des ions ionosphériques. Elle a mis en évidence une corrélation entre des ondes magnétosonores et des distributions ioniques en forme de coniques, et montré que les ondes magnétosonores subissent, au voisinage de la gyrofréquence des protons, une conversion de mode. Une étude théorique [A/sou. 12] a montré que cette conversion de mode reflète un processus d'absorption résonante _{qui chauffe} les ions. _{Ce processus} est _analogue à celui _{qui est invoqué en fusion inertielle où l'énergie} d'un laser est _{absorbée par un granule de deutérium.} Le mécanisme de chauffage des protons ne peut se développer que dans des régions de hautes latitudes et basse altitude _{où les protons sont minoritaires.} Un mécanisme analogue, permettant le chauffage de l'oxygène lorsque cet ion devient minoritaire, a été étudié. _{Par ailleurs,} le rôle des ondes d'Ultra Basse Fréquence dans la thermalisation du plasma a été étudié [C/89.11] Enfin, une étude détaillée des champ électrique et magnétique des ondes magnétosonores

observées dans la _{région équatoriale} a été effectuée. Elle a permis de comparer l'indice déduit de ces mesures à celui _{que prévoit} la théorie. L'accord excellent valide à la fois la théorie et les mesures [A/90.16].

4.4.3 RAYONNEMENT _{NON THERMIQUE}

Les planètes magnétisées du système solaire sont des sources de rayonnements très intenses et structurés, observables à de très _{grandes distances. Les températures} effectives _{de ces rayonnements sont telles qu'ils} ne peuvent être engendrés que par des plasmas hors d'équilibre. Les fréquences observées impliquent que les ondes sont émises par des mouvements cohérents des électrons _{des plasmas. La base des observations} a été fournie _{par l'expérience} V4H du satellite _{Viking qui a,} pour la première fois, effectué des mesures dans les régions sources du Rayonnement Kilométrique Auroral (RKA). Les travaux se sont essentiellement orientés vers l'identification _{et la description des régions sources des} émissions _{et sur l'interprétation théorique} du mécanisme d'émission (B/89.04). Les études morphologiques des sources du RKA ont porté sur la mesure de la densité électronique et la composition en énergie du plasma d'électrons [A/90.21, A/90.23]. Ces travaux ont permis

de montrer que le cône de perte n'était _{pas la} seule source d'énergie libre ; des électrons _{piégés, avec de grands} angles d'attaque, sont également observés dans les régions sources. Une modélisation des régions d'accélération a permis de comprendre l'origine de cette population piégée hors d'équilibre [A/acc.16]. Sur le _plan théorique, le mécanisme de génération par l'instabilité MASER _{cyclotron a été étendu pour rendre compte des} caractéristiques du plasma observées dans les sources, à savoir la présence majoritaire d'un plasma chaud (quelques keV) privilégiant le comportement relativiste des électrons au voisinage de leur fréquence cyclotonique [A/89. 13].

Les travaux portant sur le mécanisme de génération du rayonnement et la morphologie des sources ont été intégrés pour former un scénario possible de production du rayonnement [A/90.21]. Une présentation d'ensemble de ces mécanismes a été proposée dans un article de vulgarisation [C/90.36, E/89.02]. La possibilité de génération de rayonnements non thermiques par l'instabilité MASER _{cyclotron et notamment la} possibilité de saturation par piégeage non linéaire d'électrons _{dans le champ des ondes a été utilisée pour} interpréter les observations des spectres du rayonnement kilométrique de la planète Saturne [A/89.11]. La théorie du mécanisme d'instabilité MASER _{Synchrotron a été} développé pour des plasmas complètement relativistes pour interpréter la génération de sursauts stellaires [B/89.04].

En parallèle avec ces travaux, une interprétation différente des émissions _{non thermiques planétaires} a été étudiée; elle s'appuie sur les mesures à haute résolution temporelle des filtres électriques et magnétiques, qui ont permis de mettre en évidence l'extrême variation temporelle de ces champs. Des sursauts sporadiques de RKA associés à une très forte turbulence _{électrostatique,} également sporadique, au voisinage de la fréquence hybride basse, sont très souvent mis en évidence. La durée de tels sursauts est _{typiquement de l'ordre} de ls, et ces sursauts sont toujours associés à des faisceaux d'électrons _{énergétiques} (^ 1 keV), à de forts gradients de la densité électronique, et à d'intenses champs électriques statiques (� 100 mV/m). Les densités d'énergie présentes dans les ondes hybrides basses peuvent atteindre des valeurs proches des densités d'énergie du plasma froid. Seules des théories non linéaires _{peuvent permettre de décrire les processus} physiques en cause.

Une théorie non linéaire du RKA, basée sur l'interaction entre des solitons _{à la fréquence hybride} basse et des ondes à la fréquence hybride haute, a été développée. Les calculs montrent que la puissance du rayonnement électromagnétique, résultat _{de ce couplage,} ne peut être conséquente que dans les régions où la fréquence de plasma est très inférieure à la gyrofréquence électronique. Dans les régions sources du RKA, cette théorie prédit un flux d'énergie électromagnétique sporadique de l'ordre de 10-9 à 10-11 W m-2 Hz-1. Ceci est en très bon accord avec les

données acquises par Viking. Le soliton à la fréquence hybride basse se comporte comme une antenne localisée dont les dimensions transversale _{et longitudinale} sont respectivement de - 1 km et de ~ 40 km. La présence de cette antenne permet de transformer efficacement l'énergie électrostatique contenue dans les ondes hybrides hautes, en énergie électromagnétique à des fréquences situées au-dessus de la coupure du mode [A/sou.22].