//img.uscri.be/pth/b70b634efcec43256fa34747bac31d5142abd76d
Cet ouvrage fait partie de la bibliothèque YouScribe
Obtenez un accès à la bibliothèque pour le lire en ligne
En savoir plus

Analyse des caractéristiques d'ondes au voisinage des chocs dans des plasmas spatiaux : observations des satellites CLUSTER, modélisation et interprétation, Wave characteristics analysis in the vicinity of shocks in space plasmas : cLUSTER satellite observations, numerical simulation and interpretation

De
172 pages
Sous la direction de Vladimir Krasnosselskikh, Igor Anisimov
Thèse soutenue le 22 juin 2009: Université nationale de Tarass Shevchenko de Kiev, Orléans
Cette thèse est consacrée à l’étude des processus d’ondes au voisinage des chocs dans les plasmas spatiaux. La propagation des ondes de Langmuir dans un plasma présentant des inhomogénéités aléatoires de densité a été modélisée numériquement; les résultats obtenus ont été comparés aux données des instruments WHISPER et WBD à bord des satellites CLUSTER. Les résultats de modélisation et l’étude statistique portant sur l’intensité des ondes de Langmuir observées dans le préchoc terrestre et le vent solaire ont montré que le théorème central limite n’est pas applicable aux statistiques sur l’intensité, du fait du nombre insuffisant d’inhomogénéités. Il en résulte que la fonction de distribution de probabilité pour le logarithme des énergies d’ondes n’atteint pas la distribution normale. D’autre part la détection à distance de la zone quasi-perpendiculaire du front de choc terrestre a pu être effectuée en analysant la modulation des ondes de Langmuir et celle des ondes électrostatiques avec fréquence décalée à proximité de la limite du pré-choc. Il a été montré que la probabilité d’observation de la non-stationnarité du front de choc augmente avec le nombre de Mach du choc. Enfin le rayonnement de transition des électrons relativistes au front de choc quasi-perpendiculaire a été calculé pour expliquer le mécanisme de l’émission électromagnétique observée par les satellites près du front de choc interplanétaire le 22 janvier 2004. Les paramètres du calcul correspondent aux véritables paramètres de l’évènement. Le spectre du rayonnement de transition établi théoriquement a son maximum dans le même domaine de fréquence que pour les mesures.
-Chocs non collisionnels
-Ondes de Langmuir
-Rayonnement de transition
The doctoral thesis is devoted to the investigation of wave processes in the vicinity of space plasma shocks. The numerical modelling of the Langmuir wave propagation in a plasma with random density inhomogeneities was performed and its results were compared with experimental data obtained by WHISPER and WBD instruments of the CLUSTER spacecraft project. The analysis results showed that the Central Limit Theorem is not applicable to the Langmuir wave intensity statistics in the Earth’s foreshock and the solar wind, because of insufficient number of inhomogeneities affecting the amplitude of the waves. Consequently the normal distribution of the probability distribution function for logarithm of wave energies is not achieved. The remote sensing of quasi-perpendicular part of the Earth’s bow shock front was performed using the analysis of the modulation of Langmuir, upshifted and downshifted wave intensities close to the foreshock boundary. The probability of the shock front nonstationarity observation was found to grow with shock Mach number. The transition radiation of the relativistic electrons at the interplanetary quasi-perpendicular shock front was calculated to explain the mechanism of electromagnetic emission observed by satellites near the shock front on January, 22, 2004. The parameters of the calculation corresponded to the actual parameters of the event. The theoretically predicted spectrum of transition radiation has its maximum in the same frequency region as in the measurements.
-Collisionless shocks
-Langmuir waves
-Transition radiation
Source: http://www.theses.fr/2009ORLE2019/document
Voir plus Voir moins





ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET TECHNOLOGIE
Laboratoire de Physique et Chimie de l’Environnement et de l’Espace/
Université Nationale de Tarass Shevchenko de Kiev

THÈSE EN COTUTELLE INTERNATIONALE présentée par :
Kateryna MUSATENKO


soutenue le : 22 juin 2009


pour obtenir le grade de :
Docteur de l’Université d’Orléans
et de l’Université Nationale de Tarass Shevchenko de Kiev

Discipline : physique des plasmas

ANALYSE DES CARACTERISTIQUES D'ONDES AU VOISINAGE
DES CHOCS DANS DES PLASMAS SPATIAUX: OBSERVATIONS
DES SATELLITES CLUSTER, MODELISATION ET
INTERPRETATION



THÈSE dirigée par :
M Vladimir KRASNOSSELSKIKH Directeur de recherche, LPC2E/CNRS, Orléans
M Igor ANISIMOV Professeur, Université Nationale de Kiev

RAPPORTEURS :
M Michel DUDECK Professeur, Institut Jean Le Rond d'Alembert, Paris
M Oleg CHEREMNYKH Professeur, Institut de Recherches Spatiales, Kiev
___________________________________________________________________

JURY :
M Michel DUDECK Professeur, Institut Jean Le Rond d'Alembert, Paris
M Vladimir KRASNOSSELSKIKH Directeur de recherche, LPC2E/CNRS, Orléans
M Igor ANISIMOV Professeur, Université Nationale de Kiev
M Oleg CHEREMNYKH Professeur, Institut de Recherches Spatiales, Kiev
tel-00452683, version 1 - 2 Feb 2010
tel-00452683, version 1 - 2 Feb 2010
Хвильові процеси в околі ударних
хвиль у космічній плазмі:
спостереження на супутниках
CLUSTER, моделювання та
інтерпретація



Analyse des caractéristiques d'ondes au voisinage des chocs
dans des plasmas spatiaux: observations des satellites
CLUSTER, modélisation et interprétation





Wave characteristics analysis in the vicinity of shocks in
space plasmas: CLUSTER satellite observations, numerical
simulation and interpretation




Kateryna Musatenko


Laboratoire de Physique et Chimie de l’Environnement et de l’Espace
3A, Avenue de la Recherche Scientifique, 45071, Orléans, CEDEX 2
Université Nationale de Tarass Shevchenko de Kiev
64, Rue Volodymyrs'ka, 01601, Kyiv, Ukraine
i
tel-00452683, version 1 - 2 Feb 2010 ii
tel-00452683, version 1 - 2 Feb 2010Résumé

Cette thèse est consacrée à l’étude des processus d’ondes au voisinage des chocs dans les
plasmas spatiaux. La propagation des ondes de Langmuir dans un plasma présentant des
inhomogénéités aléatoires de densité a été modélisée numériquement; les résultats obtenus ont
été comparés aux données des instruments WHISPER et WBD à bord des satellites
CLUSTER. Les résultats de modélisation et l’étude statistique portant sur l’intensité des
ondes de Langmuir observées dans le pré-choc terrestre et le vent solaire ont montré que le
théorème central limite n’est pas applicable aux statistiques sur l’intensité, du fait du nombre
insuffisant d’inhomogénéités. Il en résulte que la fonction de distribution de probabilité pour
le logarithme des énergies d’ondes n’atteint pas la distribution normale.
D’autre part la détection à distance de la zone quasi-perpendiculaire du front de choc
terrestre a pu être effectuée en analysant la modulation des ondes de Langmuir et celle des
ondes électrostatiques avec fréquence décalée à proximité de la limite du pré-choc. Il a été
montré que la probabilité d’observation de la non-stationnarité du front de choc augmente
avec le nombre de Mach du choc.
Enfin le rayonnement de transition des électrons relativistes au front de choc quasi-
perpendiculaire a été calculé pour expliquer le mécanisme de l’émission électromagnétique
observée par les satellites près du front de choc interplanétaire le 22 janvier 2004. Les
paramètres du calcul correspondent aux véritables paramètres de l’évènement. Le spectre du
rayonnement de transition établi théoriquement a son maximum dans le même domaine de
fréquence que pour les mesures.
Mots-clés: chocs non collisionnels, pré-choc électronique, ondes de Langmuir, rayonnement
de transition
Abstract

The doctoral thesis is devoted to the investigation of wave processes in the vicinity of
space plasma shocks. The numerical modelling of the Langmuir wave propagation in plasma
with random density inhomogeneities was performed and its results were compared with
experimental data obtained by WHISPER and WBD instruments of the CLUSTER spacecraft
project. The analysis results showed that the Central Limit Theorem is not applicable to the
Langmuir wave intensity statistics in the Earth’s foreshock and the solar wind, because of
insufficient number of inhomogeneities affecting the amplitude of the waves. Consequently
the normal distribution of the probability distribution function for logarithm of wave energies
is not achieved.
The remote sensing of quasi-perpendicular part of the Earth’s bow shock front was
performed using the analysis of the modulation of Langmuir, upshifted and downshifted wave
intensities close to the foreshock boundary. The probability of the shock front nonstationarity
observation was found to grow with shock Mach number.
The transition radiation of the relativistic electrons at the interplanetary quasi-
perpendicular shock front was calculated to explain the mechanism of electromagnetic
emission observed by satellites near the shock front on January, 22, 2004. The parameters of
the calculation corresponded to the actual parameters of the event. The theoretically predicted
spectrum of transition radiation has its maximum in the same frequency region as in the
measurements.

Key words: collisionless shocks, electron foreshock, Langmuir waves, transition radiation.
iii
tel-00452683, version 1 - 2 Feb 2010 iv
tel-00452683, version 1 - 2 Feb 2010REMERCIEMENTS

Avant tout je souhaite exprimer ma gratitude à mes deux directeurs de thèse pour m’avoir
motivé à me lancer dans cette aventure et faire beaucoup d’efforts afin que ce travail de thèse
soit achevé.
Je veux remercier Vladimir Krasnosselskikh de m’avoir offert cette possibilité
exceptionnelle et montré le monde réel de la science. Merci d’avoir partagé vos connaissances
scientifiques et fait votre possible pour que je devienne une meilleure chercheuse. J’ai
beaucoup apprécié votre présence à Kiev, de même que toutes les formalités administratives
françaises dont vous vous êtes chargé.
Toute ma gratitude va également à Igor Anisimov qui m’a appris à ne jamais baisser les
bras et savoir toujours apprécier les bons côtés des choses. Grâce à vos encouragements et
optimisme j’ai eu plus de forces pour accomplir cette étape importante de ma vie. Merci
d’avoir tout fait pour que je soutienne ma thèse.
Je remercie Michel Dudeck d’avoir été d’accord de venir en Ukraine pour ma soutenance
et d’être le président du jury de thèse.
La plupart des résultats de cette thèse ont été obtenus en étroite collaboration avec Vasili
Lobzin et Jan Souček. Merci de m’avoir tant aidé. C’était instructif et agréable de travailler
avec vous.
Je veux également remercier Thierry Dudok de Wit pour les informations importantes
qu’il m’a fournies et les conseils prodigués. Merci à Pierrette Décreau, Xavier Vallieres et
Alban Rochel pour m’avoir facilité l’accès aux données des instruments de WHISPER.
Je suis très reconnaissante envers mes amis qui ont eu le courage et la volonté de lire et
corriger mes résumes en anglais et français. Mon grand merci à Florent Coquelet, Anders
Tjulin, Guillaume Lointier, Farida El-Lemdani Mazouz et Clément Cressiot.
Je tiens à remercier tous les gens qui m’ont aidé administrativement au laboratoire et à
l’Université d’Orléans. Merci à Pierre Louis Blelly, Isabelle Langer, Michel Tagger, Sylvie
Bargain et Catherine Aléonard. Votre aide sur place et à distance, souvent en urgence, était
primordiale pour que cette thèse en cotutelle soit soutenue avec succès et que toutes les
formalités soient bien réglées des deux côtés.
J’en profite aussi pour remercier les personnes du Centre franco-ukrainien de coopération
universitaire et scientifique, en particulier Marc Pierre de m’avoir assisté pour obtenir une
Bourse du Gouvernement Français, de même que Mariana Kouz'o et Oksana Lando pour leur
soutien permanent concernant les documents et formalités.
Ma reconnaissance à Annie Manson du CROUS Orléans-Tours d’avoir fait tout son
possible pour que je me sente bien à Orléans comme étudiante et en particulier de m’avoir
donné une possibilité de faire le séjour d’une semaine à Paris pour les fêtes de Noël et Nouvel
An en 2004/2005. C’était vraiment une expérience inoubliable!
Pendant mes séjours au Laboratoire de Physique et Chimie de l’Environnement j’étais
souvent aidé par l’équipe informatique. Merci en particulier à Frank Elie et Lyane Plançon de
m’avoir aidé à résoudre les problèmes venants et d’avoir mis en place un accès aux données
depuis l’Ukraine. Je remercie Christine Koppreiter grâce à qui je me suis sentie mieux durant
mon premier séjour. Merci d’avoir été si souvent prête à me parler même si mon français était
embryonnaire.
Je remercie de tout mon coeur mes amis qui étaient ma France et tout mon monde pendant
le premier séjour et qui ont beaucoup contribué à mon bien être dans ce pays aussi loin du
mien. Je me sentais beaucoup mieux grâce à vous. Ces amis ce sont Anna Holovina, Anders
Tjulin, Yasuhiro Kuramitsu, David Sundkvist, Jan Souček, Aurore Lecoustre, Olivier Prot,
Leonie Vasarhelyi, Santiago Ortega, Olga Alexandrova, Dmitri Pokhotelov et Ankur
Trigunait.
Je veux aussi remercier tous les gens que je n’ai pas cités jusqu’ici mais avec qui j’avais
les contacts agréables pendant mes séjours au laboratoire. Merci d’avoir crée l’atmosphère
aussi accueillante et chaleureuse. Je ne peux pas les nommer tous car il y a vraiment beaucoup
v
tel-00452683, version 1 - 2 Feb 2010de personnes mais je veux obligatoirement mentionner Guillaume Lointier, Farida El-
Lemdani Mazouz, František Němec, Ondrej Santolik et Misha Hayosh.
Je souhaite remercier mon père, ma mère et mon frère Yura de m’avoir aidé à prendre la
décision de commencer ma thèse et de leur aide morale, financière et scientifique en
permanence. Je remercie en particulier mon mari Florent pour m’avoir fortement soutenu à
tous les niveaux pendant les longs travaux de thèse. Je remercie Roger, Marie-Pierre et
Aurélie pour leur accueil agréable. Grâce à vous, ma famille, je pouvais continuer et finir les
recherches.
vi
tel-00452683, version 1 - 2 Feb 2010
ПОДЯКИ

Велика кількість людей доклала зусиль для того, щоб ця дисертація була написана і
захищена. Вважаю за необхідне, насамперед, висловити подяку за допомогу та
підтримку моїм науковим керівникам Анісімову Ігорю Олексійовичу та
Красносельських Володимиру Вікторовичу, які самовіддано навчали мене тому, що
знали самі, та доклали чимало зусиль для того, щоб дана робота була завершена.
Я дякую Володі Красносельських за те, що він показав мені справжній науковий
світ та намагався зробити мене кращим науковцем, а також за те, що він знайшов час та
можливість приїхати до Києва на захист дисертації.
Хочу окремо подякувати Ігорю Олексійвичу Анісімову, за весь той час і працю, які
він в мене вклав, за дуже хороше ставлення та створення унікальної приємної
атмосфери в науковій групі, до якої я мала щастя належати під час роботи над
дисертацією у Києві. Мені було дуже приємно бути Вашою аспіранткою. Я рада, що
захистивши дисертацію, я хоча б частково віддячила за те добро, яке я отримувала в
необмеженій кількості за всі роки роботи з Вами.
Я глибоко вдячна опонентам моєї дисертаційної роботи – Олегу Костянтиновичу
Черемних та Олександру Нектарійовичу Кришталю, за те, що вони згодилися на таку
серйозну і складну роботу, та успішно її виконали. Обговорення та семінари, які Ви
організували, принесли мені велику користь в подальшому під час підготовки до
захисту.
Я хочу також подякувати членам експертної комісії та всім іншим людям, які
прочитали мою дисертацію та зробити важливі зауваження і доповнення, а саме:
Геннадію Петровичу Міліневському, Валерію Яковичу Черняку, Олексію Антоновичу
Гончарову, Олексію Агапітову, Олексію Парновському, моїй мамі та брату Юрі.
Я також вдячна людям, що знайшли час та надіслали позитивні відгуки на мій
автореферат. Я дякую Юрію Григоровичу Рапопорту, Олександру Сергійовичу
Волокітіну, Тарасу Сіверському, Василю Миколайовичу Івченку, Олексію Агапітову,
Ігорю Феліксовичу Домніну, Дмитру Анатолійовичу Дзюбанову, Валерію
Євгенійовичу Корепанову, Ф.Л. Дудкіну та В.І. Маслову.
Я висловлюю свою вдячність всім людям, які мене слухали, задавали запитання та
підтримали на науковому семінарі в Інституті космічних досліжень, чим допомогли
зробити хорошу доповідь на захисті. Окремо хочу подякувати Василю Миколайовичу
Івченку, Олексію Агапітову, Олексію Парновському, Асену Грицаю та Георгію
В’ячеславовичу Лізунову.
Дякую Володимиру Кравчуку та Маріусу Діпонасу за їхню допомогу при
обчисленнях у середовищі «Математика». Завдяки Вам я успішно завершила роботу
над останнім необхідним розділом дисертації.
Також бажаю подякувати Тарасу Сіверському та Тарасу Літошенку, завдяки яким
моя наукова робота була ширше представлена на міжнародних конференціях за
кордоном.
Висловлюю свою вдячність співробітникам-співавторам моїх статей: Васі Лобзіну
та Яну Соучеку, а також іншим людям, з якими мені довелося спілкуватись та
співпрацювати у Лабораторії фізики та хімії довкілля та космосу Орлеанського
університету та на радіофізичному факультеті Київського національного університету
імені Тараса Шевченка. Особливо я хотіла б подякувати науковій групі Ігоря
Олексійовича Анісімова, зокрема колегам по роботі С.М. Левитському та
О.І. Кельнику.
Бажаю висловити подяку студентам та аспірантам наукової групи Ігоря
Олексійовича, які завжди підтримували хороший настрій та створювали відчуття
команди, а саме Маші Соловьйовій, Даші Великанець, Олі Самчук, Тарасу Літошенку,
vii
tel-00452683, version 1 - 2 Feb 2010Юрі Толочкевичу, Вані Воронову та Саші Пономарьову. Я завжди Вас пам’ятатиму і з
щасливою усмішкою згадуватиму час, який ми проводили разом.
Дякую Аделі Веніамінівні Тараненко, Тамарі Єгорівні Лиситченко та Галині
Іванівні Леваді за успішне і приємне врегулювання формальних питань з приводу мого
навчання в аспірантурі та з приводу роботи на радіофізичному факультеті для
продовження роботи над дисертацією.
Висловлюю свою вдячність Валерію Івановичу Григоруку, Богдану Казимировичу
Левківському та його співробітницям за допомогу в урегулюванні всіх формальних
притань, які виникали під час оформлення документів для такого непростого випадку
захисту дисертації, як мій.
Не можу обминути своєю увагою Іру Гаврильченко та Васю Василенка, з якими я
захищалася в один і той же день, і завдяки яким все було простішим, починаючи від
оформлення багаточисельних документів до організації самого захисту. Іро, я дуже
рада, що таким чином з тобою познайомилася і здружилася.
Хочу також подякувати секретарю вченої ради Олександру Володимировичу
Прокопенку та колишнім аспірантам – Галі Стрільчук та Тарасу Літошенко, які в міру
можливості допомагали орієнтуватись у складному «квесті» оформлення атестаційних
справ.
Я також дякую всім моїм друзям та знайомим, що підтримували мене протягом цих
п’яти років, а особливо тим, хто знайшов час мене підбадьорити перед захистом та
привітати після.
Окрема глибока подяка моїй сім’ї: батькам, брату та чоловіку за їхню безумовну
любов, допомогу та підтримку в усьому.

Нажаль я не можу перерахувати дійсно всіх. Напевно є люди, яких я не згадала, але
вони теж певним чином мені допомогли. Я, безумовно, також їм вдячна.

Щиро, від усього серця, дякую всім!

viii
tel-00452683, version 1 - 2 Feb 2010