Academic literature on the topic 'Ionosphères'

Cette thèse est basée sur cinq publications étudiant les ionosphères terrestre et martienne en s'appuyant sur la combinaison d'observations provenant d'instruments variés ainsi que sur des techniques de modélisation. L'ionosphère terrestre est un système complexe fortement couplé à la magnétosphère et est par conséquent affectée par les perturbations provenant du vent solaire. De nombreux types d'instruments peuvent être utilisés pour étudier la variabilité de l'ionosphère, qu'il s'agisse de systèmes d'observation au sol ou d'instruments à bord de satellites. Deux des articles se focalisent sur les réponses de l'ionosphère terrestre aurorale et subaurorale aux courants de vent solaire rapide émanant des trous coronaux à la surface du soleil. Ces deux études sont basées sur la méthode des époques superposées, qui permet d'obtenir un comportement statistique des paramètres considérés. Pour la première étude, qui s'intéresse à la concentration électronique du pic de la région F de l'ionosphère à l'aide de l'ionosonde de Sodankylä (Finlande, L = 5.2), la méthode des époques superposées a été modifiée en ajoutant un verrouillage de phase permettant de distinguer les réponses de la région F dans différents secteurs de temps magnétique local. La deuxième étude s'intéresse aux précipitations d'électrons énergétiques (>30 keV) durant les courants de vent solaire rapide, en s'appuyant sur des mesures d'absorption du bruit cosmique par des riomètres situés entre L = 3.8 et L = 5.7. Une troisième étude met en évidence pour la première fois des signatures de pulsations dans les données riométriques durant une aurore pulsante. Cela révèle que le flux de précipitation d'électrons est modulé simultanément sur une grande plage d'énergies - de quelques kiloélectronvolts à plusieurs dizaines de kiloélectronvolts - durant une aurore pulsante. Les quatrième et cinquième articles traitent de l'ionosphère martienne. Ils présentent une nouvelle méthode d'analyse des données d'occultation radio fournies par la sonde Mars Express, qui s'appuie non pas sur une inversion des mesures tel qu'effectué classiquement, mais sur une modélisation directe de l'environnement martien - atmosphère neutre et ionosphère - et de la propagation des ondes radio entre la station sol sur Terre et la sonde Mars Express. L'ajustement des paramètres dont dépendent l'atmosphère et l'ionosphère martiennes permet d'obtenir des données d'occultation radio simulées s'approchant le plus possible des données mesurées. L'ajustement optimal donne alors les profils de température et de concentration des neutres ainsi que les profils de concentrations ioniques et électronique dans l'ionosphère martienne au voisinage du point d'occultation
This thesis is based on five publications studying the terrestrial and Martian ionospheres by making use of versatile instruments and of modelling techniques. The terrestrial ionosphere is a complex system strongly coupled to the magnetosphere and hence very sensitive to solar wind driving. Various kinds of instruments may be used to study the ionosphere, from ground-based instruments to satellite-borne systems. Two papers study the response of the auroral and subauroral ionosphere to solar wind high-speed streams, which originate from coronal holes at the surface of the Sun. These two studies make use of the superposed epoch analysis method, which enables to derive the statistical behaviour of the studied parameters. For the first study, which focuses on the F-region peak electron density measured by the Sodankylä ionosonde (at L = 5.2), the superposed epoch method has been modified so that a study of the effects of high-speed streams in the F region in different magnetic local time sectors becomes possible. The modified method is called phase-locked superposed epoch analysis. The second paper focuses on energetic (>30 keV) electron precipitation during high-speed streams by making use of cosmic noise absorption measurements from a chain of riometers located between L = 3.8 and L = 5.7. A third study reveals for the first time pulsation signatures in cosmic noise absorption data during a pulsating aurora event. This indicates that the electron precipitation flux is modulated simultaneously over a broad range of energies (from a few keV to several tens of keV) in relation to pulsating aurora. The fourth and fifth articles study the Martian ionosphere. They present a novel analysis method for Mars Express radio-occultation data. Contrary to the classical inversion approach, this new method is based on a direct simulation of the radio wave propagation between the ground-based station at Earth and the Mars Express spacecraft, in a modelled Martian environment. The parameters determining the properties of the neutral atmosphere and the ionosphere of Mars are adjusted in order for the simulated radio-occultation data to fit the measured data. The optimal set of parameters provides the retrieved neutral temperature and density profiles in the atmosphere, and the ion and electron density profiles in the ionosphere near the occultation point

L'etude comparative des atmospheres planetaires est une science jeune, pleine d'interet du fait de la diversite des situations observees dans ce cadre, l'exploration de la planete mars est actuellement un enjeu important. Ce travail de these concerne plus particulierement la double modelisation de l'ionosphere martienne et de son rayonnement dans le domaine ultraviolet. Le modele de l'ionosphere de mars est base sur un modele ionospherique terrestre couple cinetique et fluide. Sont notamment decrits les profils de production et de concentration des ions h +, o +, o + 2 et co + 2 et des electrons thermiques, les temperatures des electrons et les flux des electrons dits suprathermiques. Le modele reproduit convenablement les mesures du module viking 1. Pour nous familiariser avec l'etude d'un rayonnement, nous avons developpe un modele d'emission de deux raies de l'oxygene atomique (558 et 630 nm), valide pour la terre par des comparaisons avec des mesures d'un interferometre embarque. Fort de cette experience, un modele de l'emission lumineuse des ions co + 2 a 288 nm et de l'oxygene atomique a 135 et 297 nm dans l'atmosphere martienne est presente. Les comparaisons avec les mesures des spectrometres des sondes mariner 6 et 7 sont satisfaisantes.

La thèse porte sur des études expérimentales de réactions d’ions positifs et négatifs pour lesquelles on cherche à caractériser l’effet des différentes formes d’énergie : excitation des ions parents et/ou énergie de collision sur la réactivité. Deux buts sont poursuivis. Le premier, fondamental, est de comprendre la dynamique réactionnelle des systèmes étudiés. Le deuxième est plus appliqué. Il s’agit de fournir des données pour la modélisation de la chimie des milieux complexes (ionosphères, plasmas…). Les systèmes étudiés concernent la réactivité de cations excités CH₃⁺ avec des hydrocarbures saturés et insaturés (alc-ane, -ènes et -ynes en C1 à C4) pour sonder la réactivité sur des molécules de fonctionnalité et de tailles variées ainsi que la réactivité de l’anion C₃N⁻ avec l’acétylène C₂H₂. Ces systèmes sont d’intérêt pour l’étude de l’ionosphère de Titan. Nous avons étudié la réactivité de ces systèmes sur le dispositif CERISES en fonction de l’énergie de collision et de l’énergie interne des ions parents. Les anions C₃N⁻ sont produits par attachement dissociatif d’électrons sur le précurseur BrC₃N. Les cations CH₃⁺ peuvent être formés par deux méthodes. Au laboratoire, l’impact électronique conduit, sur le méthane CH₄, à la formation de CH₃⁺ peu excité, et sur le chlorométhane CH₃Cl, à la formation de CH₃⁺ plus excité. Cette observation a permis de préparer les expériences au synchrotron SOLEIL où on utilise la photoionisation des radicaux CH₃ produits par la pyrolyse du nitrométhane CH₃NO₂ pour former les ions CH₃⁺ et contrôler leur excitation. La variation de l’énergie de photon entre 9.8 et 15 eV a permis de faire varier la distribution d’énergie vibrationnelle ou électronique des ions CH₃⁺. Le développement d’un détecteur de photoélectrons adapté à la source de radicaux a permis la réalisation d’expériences TPEPICO (Threshold PhotoElectron PhotoIon Coincidence) où les ions sont extraits de la source en coïncidence avec des électrons de seuil permettant ainsi un contrôle complet de leur énergie. Nous avons observé que l’énergie interne de CH₃⁺ peut jouer un rôle important sur sa réactivité en ouvrant certaines voies de réaction comme la dissociation séquentielle de certains produits (réactions avec le méthane, le propène…) ou bien la voie de transfert de charge endothermique (réactions avec le méthane, l’éthène) que l’énergie de collision ne favorise pas efficacement. L’observation de l’évolution de la section efficace de formation des produits en fonction des deux types d’énergie nous a également permis de discuter les mécanismes de formation de certains produits, comme ceux passant par la décomposition d’un complexe ou par des transferts plus directs. On a pu montrer que la réaction de C₃N⁻ + C₂H₂ produisait des ions C₂H⁻, CN⁻ et C₅N⁻ en faibles quantités et seulement au-dessus de seuils en énergie de collision qui excluent leur formation dans des atmosphères très froides comme celle de Titan, sauf s’il existe des processus formant les anions C₃N⁻ avec de l’énergie
This PhD project is focused on the experimental study of reactions of positive and negative ions for which we want to characterize the effect of different energies: internal energy of parents ions and/or collisional energy on the reactivity. There are two main goals. The first is to understand the reaction dynamics of the studied systems. The second one is to obtain data for modelisation of the chemistry in complex areas (ionosphere, plasmas...). Studied systems will concern the reactivity of excited cations CH₃⁺ with saturated and unsaturated hydrocarbons (alcane, alcene and alcyne from C1 to C4) as well as the reactivity of the C₃N⁻ anion with acetylene C₂H₂. Targets are chosen for theirs different chemical functions and interesting size for theoretical studies of Titan. We have studied the reactivity of these systems on the CERISES setup as a function of internal and collisional energies of the parent ions. C₃N⁻ anions are produced by dissociative electron attachment on BrC₃N. CH₃⁺ cations can be produced by two different methods. At the LCP, electronic impact on methane CH₄ produce CH₃⁺ cations with low internal energy whereas electronic impact on chloromethane CH₃Cl produce CH₃⁺ cations with more internal energy. This observation allowed us to prepare for the experiments at the SOLEIL synchrotron where CH₃⁺ cations are produced with controlled internal energy by photoionisation of CH₃ radicals produced in-situ by pyrolysis of nitromethane CH₃NO₂. Tuning of the photon energy between 9.8 and 15 eV allowed us to change the vibrational or electronic energy distribution of the CH₃⁺ cations. The development of a photoelectron detector fitted to the radical source enabled TPEPICO experiments (Threshold PhotoElectron PhotoIon Coincidence) where ions are extracted from the source in coincidence with threshold electrons which allow a total control of their energy.We saw that the internal energy of CH₃⁺ can have an important role on its reactivity by opening paths of reaction like sequential dissociation of products (seen in reactions with methane, propene…) or endothermic charge transfer (with methane and ethene) which is not efficiently enhanced by collisional energy. From the evolution of the absolute reaction cross section with the two different energies we discussed the mechanisms of formation of the observed products (decomposition of a complex or direct transfer). The reaction C₃N⁻ + C₂H₂ produce C₂H⁻, CN⁻ and C₅N⁻ anions in small quantities and only above collisional energy threshold which exclude their formation in cold atmosphere like Titan’s one unless there is processes leading to the production of C₃N⁻ with energy

L'aéronomie est un sujet de recherche interdisciplinaire dont le but est la compréhension des relations entre les atmosphères de la Terre ou des autres planètes et les précipitations de particules depuis l'espace. Dans une première partie, j'ai modifié les codes de type Trans* pour étudier les ions doublement chargés dans la haute atmosphère de Vénus. Dans cette optique, j'ai utilisé les plus grandes énergies des études standard des hautes atmosphères. Ce travail a permis d'améliorer la connaissance des émissions ionosphériques et thermosphériques de Vénus (et de Mars), et pose le problème des mécanismes de création de la raie verte de l'oxygène dans les atmosphères riches en CO2. Dans une seconde partie, j'ai étudié les précipitations d'électrons le long des lignes de champ magnétiques drapées dans l'atmosphère de Titan, donnant ainsi une nouvelle approche à l'étude de la précipitation de particules dans sa mésosphère. Dans une dernière partie, j'ai utilisé le code Planetocosmic pour calculer l'impact des rayons cosmiques dans l'atmosphère de Titan. De plus, une partie sur la précipitation de protons a été ajoutée, de manière à calculer l'ionisation totale dans l'atmosphère (depuis l'ionisation par les électrons et les photons dans la haute atmosphère, à celle induite par les rayons cosmiques dans la basse atmosphère). Ces productions sont utilisées comme entrées pour des modèles dont le but de comprendre l'ensemble des processus physico-chimiques dans l'atmosphère de Titan. Le travail effectué au cours de cette thèse a permis quelques comparaisons avec les missions Mars Express, Vénus Express et Cassini-Huygens
Aeronomy is a multi disciplinary field with the aim of studying the relationship between the Earth or other planet atmospheres and the particles precipitation from space. Aeronomy was primarly the study of the Earth atmosphere, and its relations with the solar wind. In this thesis, I extended the standard aeronomy researches to higher energy and to other planets. In a first part, I modified the Trans* codes to study the doubly charged ions, in the upper atmosphere of Venus. In that frame, I used the highest energies of the standard studies of planetary ionospheres. That work also permitted to improve studies on the Venusian (and Martian) ionosphere-thermosphere emissions, and raised the issue of the mechanism leading to the green line in CO2-rich atmospheres. In a second part, I studied the precipitation of electrons along magnetic field lines embedded in the atmosphere of Titan. Giving a new approach on particle precipitation in the mesosphere of this saturnian satellite. In a third part, I used the Planetocosmic code to implement the computation of cosmic ray impact in the Titan atmosphere. Moreover, a proton precipitation code was added to that code to compute the whole ion production in the atmosphere (from electron and photon productions in the upper atmosphere to the lower atmosphere with the cosmic rays). Those productions were used as an input for chemical models to understand the whole chemical-physical processes in Titan. The theoretical work performed in this thesis has been successfully compared to space missions Mars Express, Venus Express and Cassini-Huygens

Le système climatique de la lune de Saturne Titan est gouverné par la production intense d’aérosols organiques dans sa haute atmosphère. Ce phénomène s’est aussi certainement produit sur Terre au moment de l’apparition de la vie. Ces deux points motivent fortement les recherches sur les processus de formation et d’évolution des aérosols dans l’atmosphère de Titan. Les aérosols se forment et restent plusieurs semaines dans l’ionosphère, étendue d’environ 900 à 1200 km d’altitude. Cette région de l’atmosphère est ionisée par le rayonnement solaire UV et des particules énergétiques provenant de la magnétosphère de Saturne. Des espèces plasma très réactives sont ainsi présentes : des radicaux, des espèces excitées, des ions et des électrons. Dans un tel environnement, je me suis intéressée à l’interaction entre les aérosols organiques et le plasma.Ce phénomène est simulé en laboratoire avec une expérience développée à cet effet : des analogues des aérosols de Titan sont exposés à une décharge plasma en N2-H2. J’observe qu’à la fois les grains et la phase gaz évoluent. Les atomes H et N interagissent chimiquement avec les aérosols. Puis, du cyanure d’hydrogène (HCN) ainsi que d’autres molécules organiques sont éjectées en phase gaz par le bombardement ionique. Ces résultats mettent en évidence une contribution importante des processus hétérogènes dans l’ionosphère de Titan.Ma ré-analyse des données de la sonde de Langmuir de la mission Cassini a d’autre part révélé la présence d’une population d’électrons inattendue dans l’ionosphère, sous 1200 km d’altitude et côté jour, zone dans laquelle des ions lourds ont également été détectés. Ces électrons pourraient être émis par les aérosols, après collision avec un photon et/ou après chauffage par la chimie ionique très active dans cette région
The climatic system of Saturn’s moon Titan is governed by the intense production of organic aerosols in its upper atmosphere. This phenomenon also certainly happened on Earth at the beginning of life. These two points strongly motivate research on the formation and evolution processes of the aerosols in the atmosphere of Titan. The aerosols form and stay several weeks in the ionosphere, between ~900-1200 km of altitude. This atmospheric layer is ionized by UV solar rays and energetic particles coming from Saturn’s magnetosphere, forming a plasma with very reactive species: radicals, excited species, ions and electrons. In such an environment, the main question I tackle is how the organic aerosols interact with the plasma species.The phenomenon is simulated in the laboratory with a plasma setup developed on purpose: analogues of Titan aerosols are exposed to a N2-H2 plasma discharge. Both an evolution of the solid and the gas phase are observed. H and N atoms chemically interact with the aerosols. Then, hydrogen cyanide (HCN) and other organic molecules are ejected in the gas phase by ion sputtering. These results highlight an important contribution of heterogeneous processes in Titan’s upper atmosphere.My re-analysis of the Cassini Langmuir probe data revealed the presence of an unexpected electron population in the ionosphere, below 1200 km and on the day-side, where heavy ions are also detected. These electrons could be emitted by the aerosols, after collision with a photon, and/or heating by the active ion chemistry

Ce travail de thèse porte sur la modélisation des ionosphères planétaires comme celle de la Terre et de Titan à travers les processus de transport cinétique des électrons et des protons. La modélisation des ions doublement chargés N2++, O2++ et O++ créés par photoionisation a constitué la première étape de ce travail. Les résultats de la simulation sont comparés avec succès aux seules données disponibles sur Terre pour O++. De cette validation expérimentale, nous prédisons ainsi la présence d'ions moléculaires doublement chargés dans l'ionosphère de la Terre et de Titan. Dans un deuxième temps, nous détaillons la genèse du modèle d'ionosphère TRANS4, à travers le couplage et l'optimisation de différents codes de transport cinétique et fluide capables de modéliser simultanément les précipitations d'électrons et de protons. Ce modèle constitue un outil unique et cohérent de diagnostic de l'impact combiné des protons et des électrons sur l'ionosphère en permettant notamment le calcul des profils de raies Balmer de l'hydrogène. La comparaison aux données a permis ensuite une approche quantitative du comportement de l'ionosphère soumis à un événement actif proton-électrons, sous le triple angle des données radar, satellite et optique. Les perspectives sont nombreuses et le portage du code dans d'autres ionosphères telles Titan, Mars ou Vénus est une voie de recherche privilégiée, qui coïncide avec les mesures en direct des sondes Cassini, Mars Express et Vénus Express. Une collaboration étroite avec le Laboratoire de Chimie Physique (LCP, Orsay) ainsi qu'avec les universités d'Oslo et de Svalbard (UNIS) a été menée tout au long de ce travail.

Dans le système solaire, l'étude des rayonnements radio très basse fréquence (de quelques kHz à quelques MHz) permet d'obtenir des informations sur les processus d'accélération des électrons dans les environnements planétaires et dans le vent solaire. La compréhension des mécanismes d'émission et la maîtrise des moyens de détection permettent de sonder les conditions physiques dans les plasmas sources. Cette thèse porte sur l'étude de la propagation des ondes radio dans les environnements planétaires. Leur caractère inhomogène implique que la propagation n'est pas obligatoirement rectiligne, et la présence des champs magnétiques ambiants rend le plasma anisotrope. L'étude des phénomènes de propagation permet de s'affranchir d'une hypothèse de propagation des ondes électromagnétiques dans les plasmas anisotropes et magnétisés a mené au développement d'un code général de tracé de rayons, calculant également l'état de polarisation de l'onde le long des rayons : ARTEMIS-P (Anisotropic Ray Tracer for Electromagnetism in Magnetosphere, Ionosphere and Solar wind, including Polarization). Ce code nous a permis de mener deux études : l'effet de détection au-delà de l'horizon des signatures radio des éclairs orages de Saturne et l'influence de la présence de l'ionosphère sur la propagation des ondes radio produites dans l'atmosphère de Saturne, et l'influence du profil des cavités aurorales sur le diagramme de rayonnement des sources de l'émission kilométrique terrestre
In the Solar System, the study of the radio emissions at very low frequencies (from few kHz up to few MHz) is a source of information about the processes of acceleration of electrons in the planetary environment and in the Solar Wind. The understanding of the emission mechanisms and the knowledge of the methods of detection enable to probe the physical conditions of the plasma sources. This dissertation deals with the propagation of the radio waves in the planetary environment. Their inhomogeneous characteristics could induce a non-linear path of rays in addition to the anisotropy of the plasma caused by the presence of magnetic fields. The study of wave propagation effects permits to relax the hypothesis of rectilinear propagation between the source and the detectors, to track the evolution of the wave characteristics and to probe the propagating medium. The theoretical study of the propagation of electromagnetic waves in magnetized and anisotropic plasma led to the development of a generalized ray tracing code, that includes the calculation of the polarization state of the wave along the rays : ARTEMIS-P (Anisotropic Ray Tracer for Electromagnetism in Magnetosphere, Ionosphere and Solar wind, including Polarization). This code led to two studies : on the one hand, the modeling of the "Over-the-Horizon" effect consisting of the detection of guided radio signatures associated with lightning bursts in Saturn atmosphere, and on the other hand, the characterization of the influence of the auroral cavities profile on the beaming of the Auroral Kilometric Radiation (AKR) at the Earth

Je présente ici mes travaux de thèseque j’ai réalisé ces trois dernières années au seindu Laboratoire ATMosphères et Observations Spa-tiales (LATMOS) de l’Université de Versailles St-Quentin-en-Yvelines (UVSQ) et du Jet PropulsionLaboratory (JPL), California Institute of Technol-ogy. Pendant ces 3 ans je me suis intéressé à la réac-tivité chimique des composés organiques en phasegaz et solide, en utilisant des expériences de labo-ratoire simulant les conditions de l’ionosphère et dela basse atmosphère de Titan, le plus gros satellitede Saturne. Titan est la seule lune du Système So-laire qui possède sa propre atmosphère. Cette atmo-sphère est principalement composée d’azote molécu-laire (N2). Le méthane (CH4) forme le gaz sec-ondaire. D’une part, j’ai analysé les composés neu-tres et les composés chargés (ions) présents dansdes mélanges gazeux simulant la haute atmosphèrede Titan. Ces composés sont considérés commeprécurseurs chimique à la brume organique observéeentourant Titan. C’est-à-dire qu’ils forment les pre-mières étapes d’une succession de réactions chim-iques de plus en plus élaborées formant plus bas dansl’atmosphère des particules solides complexes. Lanature de ces particules dans l’atmosphère de Titanreste encore à élucider complètement. Mon travailpendant cette thèse a été d’utiliser des expériencesde laboratoire pour investiguer la réactivité chim-ique en phase gaz (Chapitres 3 & 4), précurseurs àla formation d’aérosols, ainsi que le vieillissement deces composés plus bas dans l’atmosphère lorsqu’ilsforment les premiers condensats de nucléation à laformation de nuages (Chapitre 5)
Titan is the only moon in the SolarSystem to possess its own dense and gravitationallybound atmosphere, and is even larger than planetMercury. Its rocky diameter is a mere 117 km shy ofGanymede’s. If we were to scoop up a 1 cm3 sam-ple from Titan’s upper atmosphere, we would findtwo dominant molecules: molecular nitrogen N2 andmethane CH4. Should we look a bit more carefully,we would find many neutral molecules and positiveand negative ion compounds. These chemical speciesare the outcome of processes resulting from ener-getic radiation reaching Titan’s upper atmosphere,breaking apart the initial N2 and CH4. A cascadeof subsequent reactions will trigger the formationof new gas phase products more and more com-plex. Eventually, these products mainly contain-ing hydrogen, carbon and nitrogen will form largefractal aggregates composing the opaque haze en-shrouding the surface of Titan. This haze is whatgives Titan such a unique brownish hue. Most ofthe photochemically-produced volatiles will eventu-ally condense in the lower atmosphere, where theymay aggregate to form micrometer-sized icy parti-cles and clouds. During my PhD, I have focusedmy studies on (i) the gas phase reactivity of aerosolprecursors in experimental conditions analogous toTitan’s upper atmosphere (Chapters 3 & 4), and (ii)the end of life of some of the products as they con-dense in the lower and colder atmosphere (Chapter5). I used two experiments to address these respec-tive issues: the PAMPRE plasma reactor, located atLATMOS, UVSQ, Guyancourt, France, and the Ac-quabella chamber at the Jet Propulsion Laboratory,California Institute of Technology, Pasadena, USA.In this manuscript, I present my work on the neutraland positive ion reactivity in the PAMPRE plasmadischarge, as well as ice photochemistry results usinglaser irradiation in near-UV wavelengths

Nous détectons et modélisons les perturbations ionosphériques générées après un séisme ou le passage d'un tsunami. Des ondes acoustiques sont forcées par le passage des ondes de Rayleigh à la surface de la Terre solide, tandis que dans l'océan la propagation d'un tsunami génère des ondes de gravité. Nous confirmons en particulier la détectabilité des ondes de gravité générées par le passage de trois tsunamis transpacifiques récents (Kouriles 2006, Samoa 2009 et Chili 2010) au large de l'archipel d'Hawaï, grâce à un réseau dense de stations GPS (Global Positioning System). Une modélisation complète tridimensionnelle au premier ordre des ondes de Rayleigh atmosphériques et ionosphériques est proposée. Les fluctuations du plasma ionosphérique modélisées nous permettent de reconstruire les perturbations du contenu électronique total (TEC) détecté par GPS. L'influence du champ géomagnétique sur le couplage entre l'atmosphère neutre et l'ionosphère est aussi illustrée en différents endroits du globe et nous étudions l'influence de la géométrie d'observation, afin de mieux caractériser la sensibilité directionnelle de la détection. Nous mettons ainsi en évidence la nécessité d'améliorer notre connaissance de la haute atmosphère et de ses mécanismes physiques, tels que les effets de dissipation thermique et visqueuse, ainsi que le frottement des ions sur les particules neutres. Ces travaux ouvrent des perspectives pour l'observation depuis l'espace des séismes et des tsunamis et pourraient contribuer à terme à la prévention de ces risques naturels
We detect and model the ionospheric perturbations generated after an earthquake or the passage of a tsunami. Acoustic waves are forced by the passage of Rayleigh waves at the Solid Earth surface, while in ocean the tsunami propagation generates gravity waves. In particular, we confirm the detectability of gravity waves generated by the passage of three recent transpacific tsunamis (Kouriles 2006, Samoa 2009 and Chile 2010) offshore the Hawaii archipelago, thanks to a dense network of GPS (Global Positioning System) receivers. A first-order complete three-dimensionnal modeling of Rayleigh-waves induced atmospheric and ionospheric waves is proposed. The modelled ionospheric plasma fluctuations allow the reconstruction of total electron content (TEC) perturbations detected by GPS. The geomagnetic field influence on the coupling between the neutral atmosphere and the ionosphere is also illustrated in various locations of the world and we study the influence of the observation geometry, in order to better characterize the directional sensitivity of the detection. We also highlight the necessity of improving our knowledges about the high atmosphere and about the physical mechanisms involved, as the thermal and viscuous dissipation effects, as much as the drag of ions on the neutral particles. This work opens perspectives for future space-based observations of eathquakes and tsunamis and could contribute to prevent these natural risks

L’existence d’un réseau GPS permanent sur un territoire donné permet de réaliser un positionnement en temps réel à l’aide de récepteurs monofréquences mis en station pour des sessions d’observation de courte durée. L’objet de la recherche est l’élaboration d’une procédure optimale de prédiction du retard du signal GPS dû à la traversée de l’ionosphère, à partir de l’analyse des observations de stations bifréquences du réseau d’appui. L’influence de l’ionosphère sur le trajet des signaux radioélectriques du système de navigation GPS est exprimée à l’aide du paramètre physique donnant le contenu total en électrons de la zone traversée. Le caractère dominant de ses variations temporelles en un lieu donné est un cycle diurne très marqué et d’amplitude irrrégulière, dû à l’influence du rayonnement solaire. La complexité du signal à prédire nous a amené à faire appel à des outils statistiques de traitement de séries temporelles empruntés principalement aux domaines de l’économétrie et de la métrologie des fréquences. Nous avons deux séries de données à prédire dans cette étude. La première série est basée sur un réseau d’une quarantaine de stations en Europe de l’ouest. La deuxième est le résultat d’une seule station GPS en France. Un prédicteur optimal des paramètres ionosphériques est obtenu par l’analyse de données du réseau. Ensuite, il est testé sur les données de station. Le niveau maximum de l’erreur du prédicteur est équivalent à 12 cm pour une ligne de base de 100 km
Permanent reference station networks are used all over the world for surveying applications requiring decimeter or centimeter accuracy. The well-known advantages provided by reference station array information include improved modeling of the remaining orbit, tropospheric and ionospheric biases. The influence of the ionosphere on the GPS signal is given by a physical parameter, the Total Electronic Content. The dominant factor of the temporal variations is a diurnal cycle resulting from the influence of solar radiation with irregular amplitude. The goal of this work is the optimal prediction of the TEC for real time applications within 100 km of a reference station. The complex of the signal to be predicted led us to import statistical methods for time series analysis from the fields of economy and the metrology of time and frequency. We had two kinds of signals at our disposal for this study based on a network of forty stations in Western Europe. The second signal results from one GPS station in France. An optimal predictor of the ionospheric parameters was derived from the analysis of the network signal and then tested on the station signal. The maximal error level of the predictor is equivalent to a 12 cm error for 100 km baseline distance