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IV – La propagation dans la magnétosphère interne
Un des objectifs de l’expérience FR-1 était de déterminer le mécanisme de propagation des ondes TBF dans la magnétosphère. Deux possibilités existent, la propagation non-guidée et la propagation guidée.
Dans la propagation non-guidée, l’onde subit une réfraction continue, son énergie ne suivant la ligne de champ magnétique qu’approximativement.
La propagation guidée fait appel à des fibres d’ionisation s’étendant le long des lignes de champ magnétique d’un hémisphère à l’autre et qui se comportent comme des guides d’ondes vis à vis des ondes TBF. L’énergie des ondes est alors parfaitement canalisée le long des lignes de champ jusque dans l’ionosphère conjuguée. Les résultats obtenus dans la zone proche de l’émetteur sur l’effet des gradients ont permis de mieux comprendre le piégeage des ondes TBF dans des irrégularités de densité alignées le long du champ magnétique aboutissant à la propagation guidée. En effet, une condition de piégeage est que la direction de la normale d'onde à la base des irrégularités soit voisine de la direction du champ magnétique. Dans la mesure où les gradients horizontaux ionosphériques contrôlent la direction de la normale d'onde, on conçoit facilement que leur rôle soit capital pour favoriser, ou au contraire empêcher, le piégeage des ondes TBF.

L'étude des ondes descendantes reçues après un trajet magnétosphérique a eu essentiellement pour but de discriminer entre la propagation guidée et la propagation non-guidée.

Figure 5 - Le champ TBF dans la zone conjuguée

En fait, trois types de propagation ont été mis en évidence, chacun d'eux étant observé dans une gamme bien définie de latitudes.
La propagation non-guidée existe essentiellement le long des lignes de champ de basse latitude (< 50° environ). Ces ondes ont une direction de propagation dirigée vers l'extérieur de la ligne de force, et d'autant plus écartée de la direction du champ magnétique que la latitude augmente.
La propagation guidée n'est observée que pour des latitudes supérieures à 40° environ. Aux latitudes plus basses, seule la propagation non-guidée existe, ceci étant dû à l'absence d'irrégularités le long des lignes de champ correspondantes.
Enfin, la propagation partiellement guidée concerne les lignes de force de plus haute latitude pour lesquelles les ondes ne peuvent franchir le plan équatorial en restant guidées. En effet, le guidage par des crêtes d'ionisation n'étant possible que si la fréquence de l'onde est inférieure à la moitié de la fréquence cyclotron électronique, les ondes quittent l'irrégularité initiale à l'altitude où la relation précédente cesse d'être vérifiée. Elles se propagent ensuite dans le mode non-guidé, jusque dans l'hémisphère opposé. Leurs caractéristiques au niveau de l'ionosphère conjuguée sont donc celles d'ondes non guidées, mais avec une répartition en latitude des directions de propagation qui leur est propre.

 

V – Les retombées
Au delà de l’expérience elle-même et de son apport scientifique, l’expérience FR-1 a ouvert la voie à des développements instrumentaux. Il est vite apparu que les techniques radio-électriques pouvaient être utilisées pour le diagnostic in-situ des principales propriétés du plasma de l’ionosphère et de la magnétosphère.
A partir d’un système de deux antennes, semblable au dispositif de mesures électriques passives utilisé sur FR-1, il est possible de mesurer l’impédance de transfert entre ces antennes, c’est à dire le rapport entre la tension induite sur l’une et l’intensité du courant injecté dans l’autre.

C’est le principe du « sondeur à impédance mutuelle » dans lequel l’impédance dépend, outre de la géométrie du dispositif, de la fréquence du signal et des paramètres densité, température, composition du plasma.

 

Figure 6 - La sonde à impédance mutuelle ou sonde quadripolaire

Des variantes, comme le sondage à relaxation, visent le même objectif. Ces dispositifs ont été et sont encore largement utilisés, comme le prouve leur utilisation sur toute une génération de satellites allant du satellite GEOS dans la décennie 1970 à la mission Cluster de l’ESA ou sur la sonde de descente Huygens dans l’atmosphère de Titan de la mission Cassini-Huygens commune à l’ESA et la NASA.
Une sonde à impédance mutuelle fait également partie de l’instrumentation embarquée à bord de la mission Rosetta d’étude de l’environnement ionisé de la comète 67P/Churvumov-Gerasimenko.

 

 

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