The Magnetopause : a quasi-tangential interface between the magnetosphere and the magnetosheath

La magnetopause, interface quasi-tangentielle entre magnétosphère et magnetogaine Cette thèse vise à étudier la magnétopause terrestre, définie comme la limite entre la magnétosphère terrestre et le vent solaire. Bien que considérée en première approximation comme une barrière nette entre les deux plasmas, la réalité est plus complexe, car le plasma du vent solaire et celui de la magnétosphère se mélangent dans la magnétopause d'une manière qui n'est pas encore totalement comprise. Un exemple de cette interaction est la reconnexion magnétique, qui crée un flux de masse et un champ magnétique entre les deux milieux. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les régions de la magnétopause éloignées des zones de reconnexion magnétique. Dans ces régions, qui constituent la majorité de la structure, la magnétopause prend souvent une structure unidimensionnelle et stationnaire et est généralement modélisée comme une discontinuité par la Théorie Classique des discontinuités (CTD). Cependant, des données in situ provenant de missions spatiales récentes montrent que cette théorie ne décrit pas correctement la magnétopause. En effet, à la magnétopause, on observe à la fois une rotation du champ magnétique dans le plan tangent à la structure et des caractéristiques de compression. Afin de décrire ces propriétés simultanément, la magnétopause est décrite dans le CTD comme une discontinuité tangentielle. Cependant, cette classification est une singularité dans la théorie qui exige que la composante normale du champ magnétique à la structure soit nulle. Au lieu de cela, nous observons à partir des données que cette composante est faible mais non nulle, ce qui souligne la nécessité d'introduire une description “ quasi-tangentielle ” pour décrire la magnétopause. Dans cette thèse, le CTD est donc utilisé comme point de départ, en exploitant ses limites dans la description de la magnétopause, afin de déterminer quels termes sont pertinents dans son équilibre. À cette fin, nous utilisons des mesures in situ de la Magnetospheric Multiscale Mission (MMS, NASA). La première partie du travail visait à développer un instrument, appelé GF2, qui estime la direction de la normale à la magnétopause avec plus de précision que les instruments actuels. Une estimation précise de la normale est en effet d'une importance fondamentale pour déterminer quels termes expérimentalement pertinents ne sont pas inclus dans la théorie classique. Cet instrument a été testé à la fois sur les données de la mission MMS, analysant en détail une traversée de la magnétopause le 28 décembre 2015, et à travers une simulation numérique obtenue au moyen du code hybride-PIC Menura, démontrant une bonne compétence dans la détermination de la normale. La même traversée de la magnétopause de MMS a également été utilisée pour étudier en détail l'équilibre de la magnétopause. En particulier, en exploitant la normale obtenue grâce à l'instrument précédemment développé, nous avons montré que la divergence du tenseur de pression joue un rôle clé dans cet équilibre, contrairement à l'hypothèse du CTD. Plus précisément, nous montrons que les effets du rayon de Larmor fini (FLR) jouent un rôle important dans la discontinuité quasi-tangentielle, lorsque le rayon de Larmor des ions n'est pas complètement négligeable par rapport à l'épaisseur de la magnétopause. Pour généraliser ce résultat, une étude statistique similaire a également été menée sur une base de données de traversées de magnétopause MMS, qui a confirmé que ces résultats sont communs dans la magnétopause. Enfin, une partie du projet s'est concentrée sur la magnétosphère de Mercure, s'écartant légèrement de l'objectif principal de cette thèse. Dans cette analyse, des simulations cinétiques complètes ont été utilisées afin d'analyser la génération d'ondes de sifflement dans la région de reconnexion de la queue magnétique. Dans cette étude, la petite taille de la magnétosphère de Mercure comparée à celle de la Terre est exploitée afin d'obtenir de nouvelles informations sur la magnétosphère de la Terre.