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(H/F) CHERCHEUR-E POSTDOCTORANT-E EN MODÉLISATION NUMÉRIQUE DE L'IONOSPHÈRE

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Informations générales

Référence : UMR5277-EMIDUP-054
Lieu de travail : TOULOUSE
Date de publication : vendredi 10 janvier 2020
Type de contrat : CDD Scientifique
Durée du contrat : 24 mois
Date d'embauche prévue : 1 mars 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : entre 3017 et 3730 € bruts/mois selon expériences
Niveau d'études souhaité : Doctorat
Expérience souhaitée : 1 à 4 années

Missions

Le projet EUHFORIA 2.0 a récemment été sélectionné dans le cadre de l'appel d'offre Horizon2020 SU-SPACE-22-SEC-2019: Space Weather (PI: S.Poedts, KU Leuven, Belgique) et vise à développer un outil de prévision en météorologie de l'espace parmi les plus avancés au monde. Il intégrera les problématiques de géo-efficacité, d'impact et de mesures d'atténuation, y compris pour les événements extrêmes tels que les éruptions solaires, les régions d'interaction en corotation et les particules énergétiques solaires. Une partie du projet mettra particulièrement l'accent sur l'application de cet outil pour prévoir les courants géomagnétiques induits (GIC) et les radiations dans l'environnement spatial. Dans ce cadre, l'IRAP-CNRS (Toulouse France) participera au développement du work package de prévision des GIC en fournissant des prévisions des variations géomagnétiques en tout point du sol. Le groupe ionosphère de l'IRAP recherche donc un chercheur post-doctorant pour prendre la responsabilité de ces développements.

Activités

Le travail du/de la post-doctorant-e sera divisé en trois tâches :

Tâche 1 : au cours des 6 premiers mois, des cas d'orages magnétiques seront sélectionnés afin de réaliser des simulations de référence avec l'aide du modèle IPIM. Ces modélisations utiliseront des entrées réalistes de la convection ionosphérique issue de SuperDARN et de la distribution de courants alignés au champ magnétique dérivée d'IRIDIUM-AMPERE et seront calibrées sur des jeux de données de type ionosondes ou radars incohérents selon une démarche de validation développée au sein de l'équipe. L'objectif est de caractériser au mieux l'environnement global du système Magnétosphère-Ionosphère-Thermosphère en amont de l'orage ainsi que la dynamique après son déclenchement.

Tâche 2 : au cours des 12 mois suivants, le modèle IMM sera étendu aux hautes latitudes, dans les régions où le champ magnétique terrestre interagit directement avec le vent solaire. Pour ce faire, les conditions limites le long de la frontière polaire de l'ovale auroral seront modifiées grâce à un modèle de courant aligné au champ magnétique qui s'étendra dans la calotte polaire et qui sera paramétré par le biais de fonctions de couplage dépendant des paramètres du vent solaire. Ces paramètres sont mesurés à L1 et permettent donc une prévision de l'électrodynamique de la magnétosphère terrestre à un horizon de 30 à 90 min. Dans une deuxième étape, les modèles IPIM et IMM seront couplés et contraints par ces fonctions de couplage. Des simulations de ce nouveau modèle couplé IPIM-IMM seront lancées sur les événements d'orages magnétiques identifiés dans la tâche 1 et comparées aux résultats obtenus dans le modèle IPIM seul (avec SuperDARN et AMPERE en entrées), afin de valider les fonctions de couplage et le modèle couplé IPIM-IMM.

Tâche 3 : au cours des 6 derniers mois, le modèle couplé IPIM-IMM sera utilisé pour construire un modèle de conductivité ionosphérique réaliste dépendant de la photoionisation, des précipitations et de l'atmosphère neutre. Selon les besoins opérationnels, ce modèle de conductivité sera mis en œuvre soit directement dans le modèle IMM pour obtenir l'électrodynamique de manière auto-cohérente (besoin prévisionnel), soit combiné aux cartes de convection SuperDARN (besoin en temps réel), pour fournir des cartes de courants horizontaux. Le module Biot-Savart, qui sera développé pour calculer les perturbations du champ magnétique induites au niveau du sol par ces courants, sera ensuite utilisé pour fournir les entrées nécessaires au calcul des cartes de GIC.

Compétences

- Thèse en physique des plasmas spatiaux ou en physique de l'atmosphère
- Compétence en modélisation numérique

Contexte de travail

L'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) est une unité mixte de recherche (UMR n° 5277) de l'Université Toulouse III-Paul Sabatier (UPS) et du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) dans laquelle les deux entités regroupent des collaborateurs et des ressources au profit du laboratoire, suite à des accords signés entre eux. L'IRAP est actif dans trois domaines principaux : les sciences du système solaire, l'astrophysique des hautes énergies et l'univers froid, chacun couvrant simultanément la théorie, l'instrumentation, l'interprétation des données, l'enseignement et la diffusion des connaissances. L'équipe Planètes, Environnement et Plasmas Spatiaux (PEPS), où le post-doctorant effectuera sa recherche, couvre deux domaines principaux: (1) les plasmas naturels; l'environnement ionisé de la Terre et des planètes, du Soleil et de l'espace interplanétaire; (2) la planétologie; les surfaces et les atmosphères des planètes et des lunes. L'équipe PEPS de l'IRAP est réputée pour son haut niveau d'expertise dans le développement de logiciels d'analyse de données et dans la modélisation physique (AMDA, CLweb, 3DView, Outils de propagation, Transplanet : http://transplanet.irap.omp.eu/).

Au sein de l'équipe PEPS, le groupe ionosphère possède une expertise de longue date dans le développement de modèles ionosphériques. Les premiers modèles physiques d'ionosphère ont été développés à partir des années 90, d'abord pour la région des hautes latitudes avec le modèle TRANSCAR (Blelly et al., 1996; 2005) puis pour les latitudes moyennes et basses avec le modèle IPIM (Marchaudon et Blelly, 2015 ; Marchaudon et al., 2018; Blelly et al., 2019) en tenant compte du couplage interhémisphérique via la région de la plasmasphère. Selon la résolution spatiale choisie, ces modèles peuvent décrire efficacement des processus multi-échelles. Parallèlement, un modèle électrodynamique, appelé Ionosphere-Magnétosphere Model, IMM (Peymirat et Fontaine, 1994) a également été développé, avec l'intégration au cours des dernières années du modèle Tsyganenko T96 pour le champ magnétique (Hurtaud et al., 2007) améliorant ainsi la description électrodynamique. Il y a quelques années, ces modèles IPIM/TRANSCAR et IMM avaient été couplés avec succès (Blelly, 2003), permettant une bonne description du milieu ionosphérique avec des apports énergétiques auto-cohérents et suffisamment rapides pour envisager des prévisions dans le cadre de la Météorologie de l'Espace. Le groupe possède également une longue expertise technique en instrumentation au sol comme les radars cohérents HF (SuperDARN), les radars incohérents (EISCAT) et les magnétomètres au sol, ainsi qu'en développement de méthodologies numériques et analytiques pour l'analyse des données.

Bibliographie :
Blelly, P.-L. (2003), SpaceGRID Study Final Report. SGD-SYS-DAT-TN-100-1.2. Issue 1.2. SpaceGRID Consortium.
Blelly, P. -L., C. Lathuillère, B. Emery, J. Lilensten, J. Fontanari, and D. Alcaydé (2005), An extended TRANSCAR model including ionospheric convection: Simulation of EISCAT observations using inputs from AMIE, Ann. Geophys., 23, 419–431, doi:10.5194/angeo-23-419-2005.
Blelly, P.-L., A. Marchaudon, M. Indurain, O. Witasse, J. Amaya, B. Chide, N. André, V. Génot, A. Goutenoir, M. Bouchemit (2019), Transplanet: a web service dedicated to modeling of planetary ionospheres, Planetary and Space Science, 169, 35-44, https://doi.org/10.1016/j.pss.2019.02.008.
Blelly, P. -L., A. Robineau, J. Lilensten, and D. Lummerzheim (1996), 8-moment fluid models of the terrestrial high-latitude ionosphere between 100 and 3000 km, in Solar Terrestrial Energy Program Ionospheric Model Handbook, edited by R. Schunk, pp. 53–72, Utah State Univ., Logan.
Hurtaud, Y., C. Peymirat, and A. D. Richmond (2007), Modeling seasonal and diurnal effects on ionospheric conductances, region-2 currents, and plasma convection in the inner magnetosphere, J. Geophys. Res., 112, A09217, doi:10.1029/2007JA012257.
Marchaudon, A., and P.-L. Blelly, (2015), A new interhemispheric 16-moment model of the plasmasphere-ionosphere system: IPIM, J. Geophys. Res. Space Physics, 120, doi:10.1002/2015JA021193.
Marchaudon, A., P.-L. Blelly, M. Grandin, A. Aikio, A. Kozlovsky, and I. Virtanen (2018), IPIM modeling of the ionospheric F2-layer depletion at high-latitudes during a high-speed stream event, J. Geophys. Res. Space Physics, 123, 7051-7066, https://doi.org/10.1002/2018JA025744.
Peymirat, C., and D. Fontaine (1994), Numerical simulation of magnetospheric convection including the effect of field-aligned currents and electron precipitation, J. Geophys. Res., 99(A6), 11,155–11,176.

Informations complémentaires

Informations complémentaires/contacts :
Dr. Aurélie Marchaudon et Dr. Pierre-Louis Blelly
IRAP / CNRS, 9 avenue du Colonel Roche, 31400 Toulouse, France
Courriel: aurelie.marchaudon@irap.omp.eu; pierre-louis.blelly@irap.omp.eu

Dossier de candidature :
Le dossier doit contenir :
1. Curriculum Vitae (2 pages),
2. Résumé des résultats de recherche antérieure (2 pages), 3. Liste des publications
4. Nom et contact de deux références professionnelles

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