Les autres missions pour analyser la magnétosphère

2.1.2.1 GEOTAIL et POLAR

L’activité de la magnétosphère est conjointement observée depuis l’espace avec les ins- truments embarqués sur les satellites artificiels, et depuis sol avec les magnétomètres et les imagers auroraux. Lancé en 1992, la mission Geotail étudie la magnétosphère sur une orbite quasi-équatoriale (périgée 57 000 km, apogée 200 000 km, inclinaison 29°), avec des instru-

2.1. Moyens spatiaux

Figure 2.8 : Spectrogrammes en flux d’énergie en fonction de l’angle φ des ions (a : contaminé,

b : décontaminé) et des électrons (c : contaminé, d : décontaminé), donnés par l’instrument SST.

ments mesurant le champ magnétique et le plasma [Nishida et al., 1997]. Cette mission peut aussi être utilisée en tant que moniteur rapproché du milieu interplanétaire. En 1996, la mis- sion POLAR, [Harten and Clark, 1995], vient compléter l’étude en se focalisant sur les zones aurorales et les cornets polaires grâce à son orbite polaire (périgée 11500 km, apogée 57000 km, inclinaison 90°), voire figure 2.9a.

2.1.2.2 Cluster

Lancée en 2000, la mission CLUSTER est la première mission spatiale composée d’une constellation de quatre satellites qui collectent in-situ des données en 3D dans la magnéto- sphère [Rème et al., 2001]. Prévue pour durer jusqu’en janvier 2003, elle n’a pas cessé de bénéficier d’extensions grâce à ses excellentes performances. CLUSTER a une orbite polaire elliptique (périgée : 19 000 km, apogée : 119 000 km, période 57heures) approprié à l’étude du vent solaire, de la magnétopause, et des cornets polaires mais n’offre par contre qu’une couverture très limitée de la couche de plasma.

La distance de séparation entre les quatres satellites de la mission CLUSTER varie entre 100km et 20000km. Ils embarquent tous une plateforme expérimentale identique comprenant onze instruments mesurant les champs magnétiques, les ondes et les particules [Escoubet et al., 1997].

Les deux instruments évoqués dans cette thèse sont : – FGM, FluxGate Magnetometer, [Balogh et al., 1997], – CIS, Cluster Ion Spectrometry, [Reme et al., 1997]

Mission Caractéristiques Objectifs Geotail 1992 - 1 satellite Orbite quasi-equatoriale

1. Déterminer les caractéristiques du plasma, des champs élec- triques et magnétiques de la queue magnétosphèrique proche et distante.

2. Déterminer le rôle de la queue proche et distante dans les sous-orages, et dans l’équilibre énergétique de la magnétosphère. 3. Étudier les processus qui déclenchent la reconnexion dans la queue proche et observer à l’échelle microscopique les mé- canismes de conversion d’énergie dans la zone de reconnexion. 4. Étudier les processus de transport et conversion d’énergie dans la couche de plasma, la magnétopause, et le choc d’étrave.

Polar

1996 -2008 1 satellite Orbite polaire

1. Imager la zone aurorale et diagnostiquer la quantité d’énergie qui y est déposée.

2. Étudier l’accélération des particules dans cette région. 3. Établir une carte complète des fonction de distribution des particules, incluant le cône de perte.

Cluster

2000 - 4 satellites tétraèdre orbite polaire

1. Etudier les processus de décélération, déflection/réflextion et thermalisation des ions au niveau du choc d’étrave. Comprendre la transmission des ondes électromagnétiques à travers le choc d’étrave et la magnétogaine.

2. Mesurer en 3D les structures observées à la magnétopause, déterminer sa géométrie locale et mesurer le champ électrique ambiant.

3. Obtenir les fonctions de distribution des ions et électrons en 3D au niveau des cornets polaires. Etudier et caractériser les vortex dans les écoulements de plasma.

4. Déterminer le rôle des lobes en tant que région de transition des particules du vent solaire vers l’ionoshpère.

5. Déterminer l’origine des faisceaux d’ions dans la queue magné- tosphérique et comprendre les mécanismes qui les créent. Calcu- ler la densité de courant des courants alignés. Etudier les pro- cessus d’accélération de particules et les disruptions de courant dans la queue.

6. Etudier les écoulements de plasma et la précipitation des par- ticules dans les zones aurorales.

Double star 2003 - 2009 2 satellites TC-1 : orbite équatoriale TC-2 : orbite polaire

1. Comprendre le transfert de plasma et d’énergie provenant du vent solaire au travers de toutes les frontières de la magnéto- sphère : choc d’étrave, magnétopause, cornets polaires, et limites de la couche de plasma.

2. Etudier la reconnexion magnétique au niveau de la magnéto- pause et dans la queue magnétosphérique.

3. Etudier l’accélération du plasma à la magnétopause, dans la queue, et dans les régions aurorales.

4. Comprendre l’action des micro-structures dans les processus plasma à plus grande échelle.

5. Comprendre le fonctionnement des sous-orages et leur déclen- chement.

6. Etudier les orages magnétiques et leurs effets sur la magnéto- sphère et l’ionosphère.

2.1. Moyens spatiaux

Figure 2.9 : Vue d’artiste de la magnétosphère de la Terre avec les orbites des satellites (a)

CLUSTER, Polar et Geotail, (b) CLUSTER, Double Star et THEMIS.

[2006].

FluxGate Magnetometer Balogh et al. [1997]

Cet instrument est composé de deux magnétomètres tri-axiaux de type fluxgate. Il mesure les trois composantes du champ magnétique avec une résolution temporelle entre 22.4Hz (mode normal) et 67Hz (mode burst). Il possède cinq modes opératoires pour fournir des données de bonne résolution dans les différentes régions qu’il traverse. La résolution instrumentale de l’ordre de 0.1nT.

Cluster Ion Spectrometry [Reme et al., 1997]

Cet instrument est composé de deux spectromètres complémentaires : CODIF (COmposition and DIstribution Function analyser) et HIA (Hot Ion Analyser).

CODIF est un spectromètre de masse qui fournit les fonctions de distributions en 3D

des principaux ions présents dans la magnétosphère sur une gamme d’énergie d’environ 0- 40keV/q. Sa résolution temporelle équivaut à la rotation du satellite ∼ 4 secondes.

HIA ne résout pas la masse des ions. Cependant, il offre une meilleur résolution angulaire

que CODIF (5.6°×5.6°) et une plus grande sensibilité. Les ions sont détectés sur une gamme d’énergie entre ∼ 5eV/q et ∼ 2KeV/q toutes les 4 secondes.

2.1.2.3 Double Star

En 2003 CLUSTER fut complétée par les deux satellites Double Star, la première mission chinoise dédiée à l’étude de la magnétosphère terrestre [Liu et al., 2005]. Prévue pour 18 mois elle fut étendue jusque fin 2009. Grâce à ses deux satellites aux orbites différentes (TC-1 : Orbit : 570 x 78 970 km, inclinaison 28.5° ; TC-2 : orbite : 700 x 39 000 km, inclinaison 90°), elle enrichit la mission CLUSTER en fournissant une information sur la dynamique de la queue à échelle moyenne ∼ 10RT (figure 2.9b).

Les deux satellites sont équipés de huit instruments mesurant le champ magnétique, les fonctions de distributions des ions et électrons (basses et hautes énergies) ainsi que les atomes énergétiques neutres. Un système de contrôle du potentiel plasma est ajouté sur TC-1 pour

le garder proche du potentiel plasma.

Le satellite TC-1 est équipé en partie des mêmes instruments que CLUSTER : FGM pour la mesure du champ magnétique et HIA pour les particules. CODIF n’existe pas pour Double Star. Pour les autres instruments et l’autre satellites plus de détails sont dans l’article de Liu et al. [2005].

Les objectifs et principales caractéristiques de ces missions sont résumés dans le tableau