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Manuscrit

Introduction

Le travail effectué au cours de cette thèse s'inscrit dans le cadre des relations Soleil-Terre, et concerne plus particulièrement l'étude de la haute atmosphère terrestre et de son rayonnement. Ce rayonnement est émis par les atomes, molécules ou ions présents dans la thermosphère et l'ionosphère, qui sont respectivement les composantes neutres et ionisées de notre atmosphère, situées au dessus de 80 km d'altitude environ. Parmis ces émissions lumineuses, nous nous sommes intéressés plus particulièrement à deux raies de l'atome d'oxygène, qui sont émises dans le domaine du visible : la raie rouge à une longueur d'onde de 630,0 nm, et la raie verte à une longueur d'onde de 557,7 nm.

Ce travail de thèse a été effectué au Laboratoire de Planétologie de Grenoble, qui possède un savoir-faire reconnu dans les domaines de l'observation et de la modélisation de l'ionosphère terrestre, savoir-faire qui s'appuie sur des expériences au sol (radars à diffusion incohérente Eiscat-Esr, interféromètre Epis) et à bord de satellites (interféromètre Windii), et sur des travaux théoriques faisant appel à des modèles (en particulier Transcar). J'ai pu mettre à profit ce savoir-faire pour construire mon étude autour d'une double approche mettant en uvre à la fois l'analyse des mesures de l'instrument Windii, mais aussi la modélisation avec le modèle Transcar.
Windii est un interféromètre spatial embarqué à bord du satellite Uars, qui a été conçu pour étudier la haute atmosphère terrestre. Il fournit les profils verticaux des intensités d'émission de plusieurs espèces, notamment de l'atome d'oxygène. Transcar est un modèle qui décrit la structure verticale de l'ionosphère terrestre, et qui a servi de base au développement de la simulation de ces émissions de l'oxygène atomique.
Ainsi, la confrontation des prévisions du modèle avec les mesures de l'interféromètre permet d'analyser, de comprendre et de décrire le phénomène de luminescence qui apparaît dans la haute atmosphère de la Terre. Je me suis en particulier intéressé à la manière dont réagissaient ces émissions en fonction des variations de différents paramètres géophysiques, tels que des fluctuations dans l'intensité du flux solaire, ou bien des changements au niveau de l'activité magnétique terrestre. Il faut préciser ici que je me suis concentré sur les émissions diurnes de l'atome d'oxygène, et que pour toute cette étude, je me suis volontairement placé en dehors des zones aurorales, ceci pour éviter les précipitations de particules.
Ma démarche s'inscrit dans le cadre plus général de la "météorologie de l'espace", science jeune qui a pour but d'établir les bases scientifiques nécessaires à la compréhension des conséquences de l'activité de notre étoile sur notre environnement technologique, et de développer des outils opérationnels pour quantifier et prévoir ces conséquences.

Ce manuscrit se compose de cinq grandes parties. Dans la première partie, je replace mon étude dans un contexte historique, puis décris les processus à l'origine des émissions lumineuses de l'oxygène atomique dans l'atmosphère terrestre, les paramètres utilisés pour caractériser l'activité solaire et géomagnétique et le lien entre cette étude et la Météorologie de l'Espace. Le deuxième et le troisième chapitre décrivent les outils que j'ai utilisés pendant ce travail de thèse, à savoir l'interféromètre spatial Windii et le modèle d'ionosphère Transcar. Je rappelle en particulier dans le chapitre deux les principes de la mesure par interférométrie, ainsi que les particularités de Windii et le traitement des données que j'ai développé. Dans le chapitre trois, je décris la structure de Transcar, avec les différentes équations résolues, les entrées et sorties du code, et les modifications que j'ai apportées au modèle pendant la thèse.
Les deux chapitres suivants concernent les résultats que j'ai obtenus à partir de la confrontation entre les prévisions du modèle et les mesures de l'interféromètre. Le chapitre quatre en particulier décrit l'influence du flux solaire sur les raies de l'oxygène atomique, et le chapitre cinq traîte de l'influence de l'activité magnétique sur ces émissions.