Etude de l'équilibre et de la circulation des populations d'électrons dans la magnétosphère de Saturne à l'aide des données multi-instrumentales de la sonde Cassini-Huygens.
Résumé
This thesis consists in an original study of the equilibrium and the circulation of electron populations in Saturn's magnetosphere, from the Cassini multi-instrument data. Based on inter-calibrated composite spectra, from the low-energy data (CAssini Plasma Spectrometer, from 0.6 eV to 26 keV) and the high-energy data (Magnetospheric IMaging Instrument, from 12 keV to 1 MeV) I have identified the electron populations co-existing in Saturn's magnetosphere: one thermal population (a few eV), one suprathermal population (100-1000 eV), both dominant in the kronian magnetospheric environment, one energetic electron population (MeV), and one population of photoelectrons produced by photo ionization of the neutral cloud, identified for the first time in the inner magnetosphere (< 5 Rs). From the radial profiles of the dominant electron population moments I have identified the existence of three magnetospheric regions characterized by different plasma regimes, separated by two boundaries, at 9 and 15 Saturnian radii. Statistical analysis of the electron moment radial profile has revealed a highly dynamic plasma sheet, and an asymmetry of the thermal and the suprathermal electron populations in longitude. The analysis of the fluid moment evolution inside and between magnetospheric regions allowed identifying the source, the sink and the transport regions of the electron populations on one hand, and the physical processes operating in these regions on the other hand. Based on this analysis, an electron population scheme in Saturn's magnetosphere is finally suggested.
Ce travail de thèse est une étude originale de l'équilibre et de la circulation des populations d'électrons dans la magnétosphère de Saturne à l'aide des données multi-instrumentales de la sonde Cassini-Huygens. A partir de spectres inter-étalonnés des instruments particules de basse énergie (de 0.6 eV à 26 keV) et de haute énergie (de 12keV à 1 MeV), j'ai identifié les populations électroniques présentes dans la magnétosphère de Saturne : une population thermique (quelques eV), une population suprathermique (100-1000 eV), une population d'électrons énergétiques (MeV), et une population de photoélectrons issus de la photo-ionisation du tore de gaz neutre, observée pour la première fois dans la magnétosphère interne (< 5 Rayons saturniens). A partir des profils radiaux des moments fluides des populations électroniques dominantes, j'ai identifié la présence de 3 grandes régions magnétosphériques caractérisées par des régimes plasma différents, séparées par deux frontières localisées à 9 et à 15 Rayons saturniens. L'analyse statistique des profils de moments a révélé une dynamique importante de la couche de plasma et une asymétrie de la distribution des électrons thermiques et suprathermiques en longitude. L'analyse de l'évolution des moments fluides à l'intérieur de chacune des régions magnétosphériques et entre ces régions m'a permis d'identifier d'une part les régions de source, de perte et de transport des populations électroniques, et d'autre part les processus physiques dominants dans ces régions. Sur base de cette analyse, un schéma de circulation des populations d'électrons dans la magnétosphère de Saturne est enfin proposé.
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