Statistical analysis of decay process upstream of the terrestrial bow shock
Étude statistique des processus de décomposition dans le plasma en amont de l'onde de choc terrestre
Résumé
This thesis addresses several topics that are related to the analysis of space plasma measurements in the terrestrial environment. The major part of the text is dedicated to the identification and the characterization of the nonlinear decay of Langmuir waves in solar wind plasmas. This decay has been proposed as one of the possible processes for saturating the beam-plasma instability, which is responsible for exciting intense electrostatic waves in the terrestrial foreshock. The Fourier spectra of the electric field observed in the foreshock frequently contain triple peak signatures, in agreement with the three waves involved in the decay. In this thesis, we show by statistical analysis of data from the CLUSTER satellites that the properties of the spectra are consistent with those of a decay process, thereby ruling out other interpretations. From a detailed analysis of the Doppler shifts of the spectral peaks, we conclude that in some cases an alternate form of the decay process takes place, where one of the product waves generated by the decay is an electron-acoustic wave. In the second part of this thesis we investigate the effect of plasma density inhomogeneities on the dynamics of the decay. A model of this modified instability is proposed and shown to agree with the observations. Finally, we present an application of nonlinear spectral models to the analysis of the energy transfers related to the decay instability in numerical simulation data. The last chapter, which is not directly related to the main subject of the thesis, presents a wavelet based technique for matching time series from multiple satellites.
Cette thèse aborde plusieurs sujets liés à l''étude d'ondes 'électromagnétiques de haute fréquence dans le voisinage de l'onde de choc terrestre, qui constitue un paradigme pour les interactions non- lin'eaires. La majeure partie du travail est consacrée à la caractérisation de la décomposition non- lin'eaire des ondes de Langmuir dans le plasma du vent solaire. Ce mécanisme a été proposé pour expliquer la saturation de instabilité faisceau-plasma, qui est responsable de l'excitation d'ondes électrostatiques intenses dans le pr'e-choc terrestre. Nous montrons par une analyse statistique des donn'ees des satellites CLUSTER que les spectres de Fourier possèdent les propri'et'es attendues d'un processus de d'ecomposition, 'ecartant ainsi les autres explications. Une analyse d'etaill'ee du d'ecalage Doppler de ces raies nous r'ev'ele parfois cependant l'existence d'une forme alternative du processus de d'ecomposition, faisant intervenir une onde acoustique-'électronique. Dans la seconde partie, nous étudions l'effet des inhomogénéités de la densité de plasma sur la dynamique de la décomposition. Nous dérivons un modèle de cette instabilité modifiée et montrons que celui-ci permet d'expliquer les observations. Finalement, nous présentons une application de modèles spectraux non-linéaires 'a l'analyse des transferts d'énergie liés à l'instabilité de décomposition dans des données de simulation numérique. Le dernier chapitre, qui est indépendante du sujet principal de la thèse, présente une technique de corrélation multi-'échelles pour l'appariement des séries temporelles issues de missions multi-satellites.
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