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Dissipation et accélération au voisinage des fronts de dipolarisation

Description

La mission Magnetospheric Multiscale (MMS) de la NASA a été lancée avec succès le 12 mars 2015. A l’instar de la mission européenne Cluster, elle est constituée de quatre satellites identiques évoluant en formation tétraédrique avec des distances inter-satellites proches de l’échelle du rayon de giration des électrons dans la magnétosphère terrestre. Cette configuration permet une estimation de la densité de courant électrique par le calcul du rotationnel du champ magnétique mesuré en quatre points. De plus, la haute résolution temporelle des détecteurs de particules qui fournissent les fonctions de distribution des électrons (30 ms) et des ions (150 ms) permet aussi une mesure du courant électrique indépendante de la mesure du champ magnétique.

A partir de ces diagnostics, il est possible de détecter les augmentations brutales du champ magnétique appelées « fronts de dipolarisation », associées à des fines couches de courant et à des jets de plasma se propageant à grande vitesse à travers la queue géomagnétique. Ces fronts de dipolarisation sont le lieu d’une très forte dissipation d’énergie et d’une accélération des particules dont les mécanismes sont encore mal compris. De telles structures ont aussi été détectées dans les magnétosphères de Saturne, Jupiter et Mercure. D’ores et déjà, des émissions d’ondes à la fréquence hybride basse associées au gradient de densité des fronts, des émissions d’ondes de sifflement en aval du front [Breuillard et al, GRL, 2016] et des structures solitaires électromagnétiques sont fréquemment détectées en relation avec les passages des fronts [Le Contel et al., JGR, 2017]. Une liste d’événements caractéristiques a déjà été établie et une première analyse à méso-échelle (échelle spatiale « fluide » grande devant le rayon de giration des particules) a été réalisée.

L’objectif de la thèse est d’étudier en détails les mécanismes de dissipation et de transfert d’énergie (notamment associée au produit j.E, j et E étant respectivement le courant et le champ électriques) au niveau des fronts ainsi que les interactions ondes/particules. L’ensemble des données de la mission MMS est accessible y compris les données de haute résolution et de nombreux outils d’analyse existent déjà et sont écrits en IDL. De nouveaux développements seront à prévoir au cours de la thèse. En collaboration avec d'autres chercheurs du LPP, des simulations numériques pourront être réalisées à l’aide du code ouvert SMILEI de type « Particles In Cell » développé par la maison de la simulation à Paris-Saclay (http://www.maisondelasimulation.fr/smilei/) ou du code hybride 3D développé au LPP (https://www.lpp.polytechnique.fr/Codes-hybrides,160) afin de permettre des comparaisons avec les observations.

La/le doctorant-e participera aux réunions hebdomadaires organisées au laboratoire en visioconférence et réunissant les membres du LPP et de proches collaborateurs étrangers (~10 personnes) travaillant sur les données MMS. Il ou elle participera également aux téléconférences internationales hebdomadaires au niveau du projet MMS (50~100 personnes) ainsi qu’aux réunions biannuelles de la « Science working team ».

Profil

Le candidat doit avoir de solides connaissances en physique fondamentale et en particulier en électromagnétisme. Toute candidature d'un-e étudiant-e ayant suivi un Master avec une forte composante liée à l'electromagnétisme est donc recevable. Une spécialisation en physique des plasmas et une expérience dans l'analyse des données spatiales sont un plus. Une connaissance et une expérience des logiciels d'analyse de données  (IDL, Matlab, ...) ne pourra que faciliter un démarrage rapide des travaux de thèse.

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : LPP, Paris
Directeur(rice) de thèse/recherche : LE CONTEL Olivier
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : olivier.lecontel@lpp.polytechnique.fr
Responsable Cnes de l'offre : AMSIF Kader

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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