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Allioux, Renaud. Simulation de l'environnement plasma de Ganymède : contraintes radiatives pour l'orbiteur JGO-JUICE

Allioux, Renaud (2012). Simulation de l'environnement plasma de Ganymède : contraintes radiatives pour l'orbiteur JGO-JUICE.

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Résumé en francais

Ce travail de thèse vise à comprendre et modéliser l'environnement plasma proche de Ganymède dans le contexte de la mission spatiale EJSM/JUICE. Nous avons pour cela construit un modèle permettant de déterminer les caractéristiques des populations de particules énergétiques autour de Ganymède et réalisé plusieurs simulations modélisant l'interaction de la magnétosphère de Ganymède avec le plasma ambiant. La première partie de cette étude s'attache à développer un code de simulation particulaire, s'appuyant sur un calcul des trajectoires des particules dans l'environnement magnétisé de Ganymède et utilisant les propriétés du théorème de Liouville pour prédire les caractéristiques des populations d'ions et d'électrons de très hautes énergies autour de Ganymède. Nous avons étudié comment le cône de perte existant au-dessus des calottes polaires était affecté par les effets de rayons de Larmor finis et analysé les possibilités de piégeage dans les régions équatoriales. Nous pourrons ainsi décrire aussi précisément que possible l'organisation de l'espace des phases des ions et des électrons entre 0 et 4 rayons de Ganymède. Plusieurs modèles représentant le champ magnétique de Ganymède ont été testés et utilisés. Il a été montré qu'un modèle paramétrique multipolaire donne l'approximation la plus satisfaisante des observations du magnétomètre de Galileo. A partir de ce modèle magnétique, nous avons découvert que l'accumulation de particules dans les ceintures de radiations de Ganymède restait limitée. Les flux aux basses et moyennes énergies (quelques dizaines de keV pour les ions et quelques MeV pour les électrons) sont sensiblement les mêmes que ceux attendus dans la magnétosphère de Jupiter (sans les perturbations de Ganymède), malgré l'existence de particules piégées (en particulier des électrons), ce qui traduit l'absence de processus d'accumulation. La protection offerte par les lignes de champ fermées contre les particules d'énergies moyennes à fortes a été également démontrée. Nous avons ensuite appliqué ce modèle à l'étude de l'environnement radiatif auquel serait soumis un orbiteur potentiel proche de Ganymède. Ce travail a permis de démontrer que, par rapport au milieu Jovien ambiant, la présence de Ganymède et de son champ magnétique réduisait d'au moins 50% la dose attendue pour un orbiteur circulaire à basses altitudes. Différentes configurations orbitales ont été étudiées, nous confortant dans la nécessité de prendre en compte cette réduction dans les spécifications de la mission. Enfin, nous avons adapté un code de simulation hybride, développé par Ronan Modolo au LATMOS, au cas de l'interaction du plasma Jovien avec la magnétosphère de Ganymède. Le développement et l'utilisation de ce code a permis de décrire certains phénomènes inédits et d'étudier de manière originale le mouvement des espèces ioniques dans l'environnement de Ganymède, illustrant l'importance des phénomènes cinétiques dans cette micro magnétosphère. La comparaison des résultats de ce modèle aux observations de Galileo a permis de valider l'algorithme et les hypothèses de simulation.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Louarn, Philippe
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), UMR 5277
Mots-clés libres :Ganymède - Magnétosphère - Juice - Plasma - EJSM - JGO - Simulation - Jupiter
Sujets :Sciences de l'univers
Déposé le :28 Jan 2013 10:05