LESIA - Observatoire de Paris

Soutenance de thèse de Corentin Louis le vendredi 14 septembre 2018

mardi 4 septembre 2018

La soutenance de thèse aura lieu le vendredi 14 septembre 2018 à 14h00, dans la salle de conférence du Château sur le site de Meudon.

Titre de la thèse

Les émissions radio aurorales de Jupiter : observations à distance, in-situ et simulations

Directeur de thèse

Philippe Zarka (pôle plasmas)

Résumé

La thèse a porté sur l’étude des émissions radio aurorales de Jupiter, produites proche de la fréquence cyclotron électronique locale par l’Instabilité Maser Cyclotron alimentée par des électrons résonants de quelques keV, accélérés le long des lignes de champ magnétique de haute latitude.

J’ai tout d’abord repris, validé et étendu le code de simulation SERPE (Simulateur d’Emissions Radio Planétaire et Exo-planétaire) développé au LESIA, qui permet de produire des spectres dynamiques des émissions radio aurorales visibles pour un observateur donné. J’ai effectué une étude paramétrique des simulations des émissions radio induites par Io afin de quantifier le rôle des paramètres libres du code (fonction de distribution et énergie des électrons, modèle de champ magnétique, position de la ligne de champ magnétique active et altitude de la coupure ionosphérique). Cette étude a confirmé que les émissions Io sont correctement reproduites seulement lorsque le rayonnement est oblique par rapport aux lignes de champ magnétique, ce qui est simulé par SERPE grâce à des fonctions de distribution électronique de type cône de perte. J’ai également montré que (a) les paramètres qui contrôlent principalement la forme des émissions simulées dans le plan temps-fréquence sont le modèle de champ magnétique et l’énergie des électrons, et que (b) les simulations sont en excellent accord avec les observations, moyennant une fenêtre d’incertitude temporelle de ±2 heures.

À l’aide de ce code, j’ai réalisé des simulations au long cours des émissions radio induites par Io, et de celles attendues pour Europe, Ganymède et Callisto. En comparant ces simulations à plusieurs années d’observations de Jupiter enregistrées avec les instruments Voyager/PRA et Cassini/RPWS (ponctuellement complétées par celles du réseau décamétrique de Nançay), j’ai prouvé l’existence d’émissions radio induites par Europe et Ganymède. L’étude statistique de ces émissions m’a permis d’établir leur propriétés moyennes (extension en fréquence, variabilité temporelle, et occurrence). Ce résultat ouvre un nouveau champ d’étude à distance, et au long cours, des interactions planète–satellites autres que Io–Jupiter.

La comparaison de ces simulations avec les observations Juno/Waves m’a permis d’identifier sans ambiguïté les émissions radio induites par Io, ainsi que leur hémisphère d’origine (sans connaitre leur polarisation, non–mesurée par Juno/Waves), pour un observateur proche de l’équateur (cas de la Terre) et a des latitudes plus hautes. Grâce à ces simulations, j’ai également montré que les émissions sont visibles seulement si l’angle du feuillet conique d’émission est supérieure à 70 ̊± 5 ̊ et si l’observateur est situé dans le même hémisphère magnétique que les sources produisant l’émission.

Enfin, j’ai entamé une étude statistique de la distribution spatiale des sources radio aurorales traversées par la sonde Juno. J’ai ainsi cartographié les sources des diverses composantes (kilométriques à décamétriques) des émissions radio joviennes. La comparaison avec des modèles de champ magnétique récents, ainsi qu’avec des images UV (Juno/UVS et Hubble/STIS) m’a permis de montrer qu’elles étaient co–localisées avec l’ovale auroral principal.