Thèse Étude et Modélisation de l'Ionosphère à Basse Altitude en Région d'Et Basse Région E H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : IRAP - Institut de Recherche en Astrophysique et Planetologie
Direction de la thèse : Pierre-Louis BLELLY ORCID 0000000204588417
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-19T23:59:59

L'ionosphère correspond à la composante ionisée de l'atmosphère neutre. C'est un domaine critique de l'environnement spatial de la Terre, qui joue un rôle clé dans la dynamique du système magnétosphérique. De fait, la météorologie de l'espace, qui est le cadre applicatif des études autour des relations Soleil-Terre orienté vers l'impact de ces relations sur les activités humaines, s'intéresse particulièrement à l'ionosphère, tant ses effets sont visibles et immédiats et peuvent s'avérer critiques, notamment pour les communications. La contribution principale est la région de l'atmosphère supérieure, appelée thermosphère, qui donne naissance aux couches E et F ionosphériques, situées au-delà de 100 km d'altitude.
Toutefois, l'ionosphère émerge à plus basse altitude, dans la mésosphère (entre 70 et 90 km) où sont produites les couches ionosphériques inférieures (région D et basse région E) qui sont, de par leur localisation en altitude, des régions de l'environnement terrestre qui sont difficiles d'accès à la mesure et de fait sont peu étudiées actuellement. Ces basses couches sont le siège de mécanismes d'ionisation plus complexes à appréhender, notamment en raison de la nécessité d'énergies plus élevées pour ioniser l'atmosphère à ces altitudes, ce qui en fait une région très dynamique, sensible aux perturbations extérieure (flux de particules d'origine solaire ou galactique) ainsi qu'aux couplages entre la moyenne atmosphère et la magnétosphère.
La variété des sources et des mécanismes de couplages est telle que les basses couches peuvent perdurer plus ou moins longtemps sur des étendues spatiales qui peuvent être relativement grandes même dans les périodes nocturnes. L'existence des ces couches nocturnes est un problème majeur pour les modèles numériques qui visent à simuler quantitativement ces régions.
Le groupe de physique ionosphérique de l'IRAP a une longue expérience dans l'étude de l'ionosphère acquise depuis plus de 50 ans sur l'exploitation de systèmes radar sondant ce milieu. Cette expertise a été renforcée, depuis 30 ans, par le développement d'une activité de modélisation numérique de la dynamique de l'ionosphère dédiée à la compréhension et l'interprétation des données radar.
L'objet de cette thèse est d'identifier, de caractériser et de quantifier finement les mécanismes sources d'ionisation spécifiques ainsi que les processus physico-chimiques gouvernant les basses couches de l'ionosphère, afin d'améliorer les capacités de modélisation de ces régions. Il s'agira notamment d'intégrer ces mécanismes dans le modèle numérique dont l'IRAP assure le développement. Ce modèle décrit la dynamique ionosphérique des régions E, F et de la plasmasphère et l'inclusion des mécanismes de région D est une extension du modèle vers les basses couches qui permettra d'aborder la question des couplages avec la moyenne atmosphère et d'étudier notamment l'impact du dioptre inférieur de l'ionosphère sur la propagation des ondes.
La phase initiale consistera en un état de l'art des mécanismes et processus de production d'ions et d'électrons à retenir pour les basses couches de l'atmosphère : elle s'appuiera sur des études antérieures, qui ont permis d'en identifier un certain nombre et pour lesquels il sera fait une mise à niveau et une étude bibliographique approfondie pour en inclure d'autres. Un effort particulier sera porté sur les couplages avec les ondes de marées atmosphériques, qui sont de mécanismes de couplage basse atmosphère-haute atmosphère dont les effets sur l'électrodynamique sont avérés, notamment en région équatoriale.
L'étape suivante consistera en le développement des outils numériques nécessaires pour modéliser les mécanismes retenus dans une perspective d'inclusion dans les modèles. Une attention particulière sera alors portée à la formalisation numérique, notamment d'un point de vue algorithmique, pour avoir une approche unifiée des outils numériques au sein du modèle IPIM.

études des relations Soleil-Terre et impact sur l'environnement ionisé

Physique des plasmas spatiaux
Programmation (Fortran, Matlab, C, Python)
modélisation numérique