Micro-satellite DEMETER UTILISATION DU MODELE IGRF POUR LA PROGRAMMATION DE LA CU

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1 Miro-satellite DEMETER UTILISATION DU MODELE IGRF POUR LA PROGRAMMATION DE LA U Préparé par : O. Santolik Date : 6 fevrier 2003 Référene : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1 Edition. Révision 1.1 Vu par : M. Parrot LABORATOIRE DE PHYSIQUE ET HIMIE DE L'ENVIRONNEMENT ENTRE NATIONAL DE LA REHERHE SIENTIFIQUE 3A, Avenue de la Reherhe Sientifique ORLEANS edex 2 Téléphone : (33/0) Téléopie : (33/0)

2 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U i-2 BORDEREAU D'INDEXATION TITRE : Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U AUTEUR : O. Santolík MOTS LES : DEMETER, modes de fontionnement, traé de lignes de fore RESUME : Un algorithme du traé de lignes de fore du hamp magnétique terrestre est dérit. Une proédure de projetion des régions sismiques le long d une ligne de fore à l altitude du miro-satellite DEMETER est développée. Les résultats de ette projetion montrent une différene non négligeable par rapport à la projetion vertiale. Le doument inlut une desription détaillée de programmes orrespondants et leurs manuels d utilisation. es programmes seront utilisés pour ontrôler le mode de fontionnement du satellite. ABSTRAT : An algorithm to trae the field lines of the geomagneti main field is desribed. A proedure to projet seismi regions to the altitude of the DEMETER miro-satellite is developed. The results of this projetion show that a non-negligible differene with respet to a simple vertial projetion. The doument inludes a detailed desription of orresponding programs and their user manuals. These programs will be used to ontrol the operational modes of the satellite. Système Hôte : lautre:/home/demeter/entre_mission/mod_igrf.do Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

3 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U i-3 DIFFUSION INTERNE LPE F. Lefeuvre Direteur du LPE M. Shillewaert Doumentaliste M. habassière G. halumeau / J.. Rimbault P. Fergeau T. Hahemi / P. Zamora D. Lagoutte M. Parrot B. Poirier EXTERNE P. Bernard IPGP Y. ohen IPGP P. Lognonné IPGP J.J. Berthelier ETP M. Godefroy ETP A. ros ESR J.A. Sauvaud ESR J.P. Lebreton ESTE/ESA J.J. Juhniewiz BK (Warsaw) J.F. Karewzski INSU-DT E. Blan LDG/EA P. Piard US Nanay A. Kerdraon LPSH F. Buisson NES/ED/MS Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

4 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U i-4 T. hapuis J.L. ounil NES/DP/OT T. ussa NES/ED/MS J. Dejoie NES/DP/SPX A. Gaboriaud NES/ED/TU/UD G. Lassale-Balier NES/ED/MS/IS A. Laurens NES/ED/MS M. Ledu NES/DTS/AE/SEA J.. Llorens NES/ED/MS J. Pahn NES/DTS/AE/SEA J. Sire NES/DTS/AE/SEA B. Tatry NES/ED/MS J.P. Thouvenin NES/DP/S M. Villenave NES/DTS/AQ/SE J.M. Wallut NES/DSO/ED/TU/UD Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

5 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U i-5 REFERENES DOUMENTS APPLIABLES [DA1] Manuel assurane qualité, LPE/DAQ/001, Lab. Phys. himie Environ., Orléans, Avril 1992 DOUMENTS DE REFERENE [DR1] Qualité et Gestion de Projet Guide pratique à l usage des laboratoires sientifiques, Edition 1, NES, T/AQ/QP/S/94-220, Avril 1994, révisé en [DR2] M. Parrot, Spéifiation de la mission, DMT/SP/PS/0/0001/LP/1.1, Avril [DR3] M. Parrot, Spéifiation tehnique de besoin du entre de Mission, DMT/SP/PS/3/0006/LP/1.0, Otobre [DR4] Peddie, N. W., International Geomagneti Referene Field: the third generation, J. Geomagn. Geoeletr. 34, , [DR5] International Geomagneti Referene Field Revision 1987, J. Geomag. Geoeletr. 39, , 1987 and EOS Trans. 69, 559, 1988 [DR6] Langel, R. A., D. R. Barralough, D. J. Kerridge, V. P. Golovkov, T. J. Sabaka, and R. H. Estes, Definitive IGRF models for 1945, 1950, 1955, and 1960, J. Geomag. Geoeletr.40, , 1988 [DR7] Langel, R. A., International Geomagneti Referene Field, 1991 Revision, J. Geomag. Geoeletr. 43, , 1991 [DR8] Barton,. E., Revision of International Geomagneti Referene Field Released, (95242e), Eos, Transations, Amerian Geophysial Union, Eletroni Supplement, [DR9] Supplementary Information for International Geomagneti Referene Field 2000, Eos, Vol. 32, No. 82, 7 August 2001 Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

6 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U i-6 ARONYMES ASII NES NRS U DA DEMETER DR IGRF IDL IPGP LITRPIVA LITRPIVAPROSIM LPE TU Amerian Standard ode for Information Interhange entre National d'etudes Spatiales entre National de la Reherhe Sientifique harge Utile Doument Appliable Detetion of Eletro-Magneti Emissions Transmitted from Earthquake Regions Doument de Référene International Geomagneti Referene Field Interative Data Language Institut de Physique du Globe de Paris LIignes Traés ave un Plafond InVAriable LIignes Traés ave un Plafond InVAriable, PROgramme SIsMique Laboratoire de Physique et himie de l Environnement Temps Universel Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

7 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U i-7 MODIFIATIONS Edition Révision Date Pages modifiées Visa ot-1999 réation du doument; fev-2003 nouvelles versions de l IGRF et GEOPAK, nouveau programme projet_zone (pages i-5, i-7, i-9, 2, 3, 10, 20, 22-38, 55) Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

8 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U i-8 Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

9 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U i-9 SOMMAIRE I. INTRODUTION... 1 II. DONNEES ET PROGRAMMES ADOPTES... 2 II.1. Bibliothèque de proédures GEOPAK... 2 II.1.1. Modèle du hamp magnétique terrestre... 2 II.1.2. Traé d'une ligne de fore magnétique... 3 II.1.3. Transformations de oordonnées... 3 II.2. La liste de régions sismiques... 3 III. PROJETIONS LE LONG DES LIGNES DE FORE MAGNETIQUES... 4 III.1. Traé d une ligne de fore dans les oordonnées géographiques entre deux altitudes III.1.1. Relation d une ligne de fore ave une sphère géoentrique... 4 III.1.2.Passage au-dessous de l altitude finale... 4 III.1.3. Définition du point onjugué... 4 III.1.4. Lignes ouvertes définies par un plafond invariable III.1.5. L algorithme du traé d une ligne de fore ave un plafond invariable III.1.6. Programme «litrpiva» (LIignes Traés ave un Plafond InVAriable) III.2. Desription des régions sismiques et leur projetion à l altitude du satellite III.2.1. Matrie des régions III.2.2. Projetion direte de la matrie des régions... 6 III.2.3. Reherhe des régions sismiques par une projetion inverse III.2.4. Programme «litrpivaprosim» (LIignes Traés ave un Plafond InVAriable, PROgramme SIsMique) III.2.5. Programme «projet_zone» IV. GESTION DU MODE «VEILLE» DE LA U V. MANUELS D UTILISATION DES PROGRAMMES V.1. Manuel d utilisation du programme LITRPIVA V.2. Manuel d utilisation du programme LITRPIVAPROSIM V.3. Manuel d utilisation du programme PROJET_ZONE VI. ONLUSION...21 Annexe A. PAGE WEB DE LA BIBLIOTHEQUE GEOPAK Annexe B. MODIFIATION DE LA BIBLIOTHEQUE GEOPAK Annexe. LISTING DE LA BIBLIOTHEQUE GEOTRA Annexe D. LISTING DU PROGRAMME LITRPIVA Annexe E. LISTING DU PROGRAMME LITRPIVAPROSIM Annexe F. LISTING DU PROGRAMME PLOTMAPS Annexe G. LISTING DES PROGRAMMES MAGLAT Annexe H. LISTING DU PROGRAMME PROJET_ZONE Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

10 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U i-10 Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

11 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U i-11 Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

12 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 1 I. INTRODUTION Le miro-satellite DEMETER est destiné à étudier les perturbations ionosphériques d origine géophysique. Deux modes prinipaux du fontionnement des expérienes sientifiques sont prévus : - Le mode «survey» où les expérienes ne transmettront que des données de base qui ne onsomment pas trop la mémoire disponible à bord du satellite. Le satellite restera la plupart de temps dans e mode. - Le mode «burst» où le maximum de données sera enregistré. e mode sera mis en servie uniquement lorsqu on attend des phénomènes intéressants. ertains des perturbations ionosphériques peuvent être liées aux tremblements de terre. Il est don souhaitable d entrer dans le mode «burst» dans les parties de l orbite du satellite où l on attend des effets dus aux séismes. La Figure 1 montre la répartition de régions sismiques sur la surfae de la Terre. omme le satellite sera mis sur une orbite irulaire à l altitude de 800 km, il faut projeter les régions sismiques à l altitude du satellite. Une onstrution idéale de ette projetion serait possible si nous savions omment les perturbations sismiques se propagent aux altitudes ionosphériques. La nature de e phénomène ne sera probablement déouverte qu ave des données DEMETER. En attendant, nous avons hoisi deux façons de projeter les régions sismiques : (a) une projetion vertiale, et (b) une projetion le long de lignes de fore du hamp magnétique terrestre. Ave les données présentées dans la Figure 1, la projetion (a) est évidente. La proédure de la projetion (b) est le sujet du présent rapport. Figure 1 : Régions sismiques. D après P. Bernard, IPGP Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

13 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 2 II. DONNEES ET PROGRAMMES ADOPTES II.1. Bibliothèque de proédures GEOPAK Afin de traer les lignes du hamp magnétique terrestre nous utilisons la bibliothèque de proédures GEOPAK érite par N.A. Tsyganenko et M. Peredo. Elle est aessible à l'adresse La version que nous utilisons porte la date de la dernière modifiation du 7 août La page web de ette bibliothèque ave la desription de ses proédures est présentée en annexe A. La seule modifiation additionnelle que nous avons faite pour adapter la bibliothèque à nos besoins est dérite dans l Annexe B. Figure 2. Intensité totale F du hamp géomagnétique (en ontinu) et sa variation séulaire (en tireté) alulées ave le modèle IGRF Soure : page web d'u.s. Geologial Survey, Groupe de Géomagnétisme, II.1.1. Modèle du hamp magnétique terrestre La bibliothèque GEOPAK ontient le modèle IGRF (The International Geomagneti Referene Field) du hamp magnétique terrestre. e modèle est maintenu par "Division V - Working Group 8" de l'iaga / IUGG (voir sa page web - Le modèle onsiste en une expansion du potentiel géomagnétique dans une série de fontions harmoniques sphériques. Les oeffiients de e modèle vont jusqu'à l'ordre 10 de l'expansion. Ils sont adaptés à partir de données empiriques provenant de toutes les soures aessibles, y ompris les observatoires géomagnétiques, bateaux, avions et satellites. La Figure 2 montre un exemple du hamp magnétique alulé ave e modèle. Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

14 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 3 Les oeffiients du modèle IGRF sont publiés régulièrement tous les 5 ans ave une extrapolation possible pour les 5 ans suivants. La dernière version du modèle est elle de l'an Ave les oeffiients de la variation séulaire, elle permet l'extrapolation jusqu'à l'an Au début de l an 2005, la publiation d'une nouvelle gamme de oeffiients est prévue. ependant, dans nos aluls, nous utilisons la version 2000 en extrapolant les oeffiients à l'an II.1.2. Traé d'une ligne de fore magnétique La bibliothèque GEOPAK ontient aussi des proédures pour traer les lignes de fore du hamp magnétique. Le prinipe du traé d une ligne magnétique est assez simple. Pour un point de départ, la diretion du hamp magnétique est d abord alulée ave le modèle IGRF. Ensuite, on fait un pas dans ette diretion, on gagne un nouveau point sur la ligne de fore, et la proédure reommene. La longueur de haun des pas est alulée pour satisfaire un ritère d erreur aeptable. Une nouvelle définition de e ritère et surtout une redéfinition de la longueur du premier pas font l objet des modifiations que nous avons du faire dans la proédure TRAE de la bibliothèque GEOPAK. Dans sa version originelle, ette proédure est onçue pour traer les lignes de fore à l éhelle de toute la magnétosphère terrestre. Nos éhelles sont plus modestes et les modifiations visent un traé plus détaillé d une ligne de fore. L annexe B dérit le détail de es modifiations. II.1.3. Transformations de oordonnées Lors de notre alul, nous utilisons les proédures REAL et GEOGSM de la bibliothèque GEOPAK pour transformer les oordonnées géographiques en oordonnées solairesmagnétosphèriques (GSM) et vie-versa. ette transformation est néessaire, lorsque la proédure TRAE travaille dans le système GSM et nos oordonnées de départ sont géographiques. omme le modèle IGRF donne aussi le hamp dans les oordonnées géographiques, nous pourrions nous passer de la transformation de oordonnées. Mais ette simplifiation de aluls oûterait plus de modifiations de la bibliothèque GEOPAK et nous avons préféré utiliser l algorithme original de la proédure TRAE qui a été déjà plusieurs fois validé dans le passé. II.2. La liste de régions sismiques Nos données d entrée sont ontenues dans la liste des régions sismiques qui sont représentées sur la Figure 1. ette liste ontient 184 retangles définis à la surfae de la Terre. Pour haun des retangles on a donné deux parallèles et deux méridiens géographiques qui le limitent. Sur la liste, les latitudes de es parallèles et les longitudes de es méridiens sont exprimées en degrés entiers. Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

15 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 4 III. PROJETIONS LE LONG DES LIGNES DE FORE MAGNETIQUES III.1. Traé d une ligne de fore dans les oordonnées géographiques entre deux altitudes. Avant que nous disutions la projetion des régions sismiques à l altitude du satellite, il faut aborder un problème plus élémentaire : On a un point de départ, défini par son altitude, sa latitude géographique et sa longitude géographique, et on herhe des points situés à une altitude finale qui sont liés par une seule ligne magnétique ave le point de départ. III.1.1. Relation d une ligne de fore ave une sphère géoentrique. Ave un modèle de hamp magnétique, on peut toujours trouver une ligne de fore qui passe par le point de départ. Il existe plusieurs possibilités pour la relation de ette ligne ave une sphère géoentrique définie par l altitude finale. ette relation implique le nombre de points finaux : 1. l altitude finale est supérieure à l altitude de départ. (a) La ligne passe au-dessous de l altitude finale - auun point final. (b) La ligne passe par l altitude finale et ontinue vers le milieu interplanétaire (ligne ouverte) - un point final. () La ligne passe par l altitude finale et revient vers la Terre en passant une deuxième fois par l altitude finale - deux points finaux. 2. l altitude finale est inférieure à l altitude de départ (a) Dans une diretion la ligne se dirige vers la Terre en passant par l altitude finale. Dans la diretion opposée la ligne ontinue vers le milieu interplanétaire (ligne ouverte) - un point final. (b) Dans une diretion la ligne se dirige vers la Terre en passant par l altitude finale. Dans la diretion opposée la ligne aussi revient vers la Terre en passant par l altitude finale. - deux points finaux. III.1.2.Passage au-dessous de l altitude finale La possibilité 1(a) est une onséquene direte de propriétés générales du hamp magnétique. omme on s éloigne des ourants soures, l intensité du hamp magnétique déroît omme le rayon à la puissane -3. ette déroissane entraîne la même déroissane de la densité des lignes de fore. La surfae d une sphère géoentrique toutefois ne roît qu ave le rayon à la puissane 2. Si on définit un rapport fixe entre la densité de lignes et l intensité du hamp, on trouve que le nombre total de lignes qui passent par une sphère géoentrique déroît en proportion inverse du rayon. Ainsi, on a toujours des lignes que passent par une altitude donnée et ne passent pas par une altitude supérieure. ette propriété est importante pour la onstrution de l algorithme de projetion des régions sismiques à l altitude du satellite, omme on va le montrer dans le III.2. III.1.3. Définition du point onjugué. Les possibilités 1() et 2(b) montrent que notre problème n a pas toujours une solution univoque. Une ligne peut passer par l altitude finale une fois dans le même hémisphère magnétique ou se trouve le point de départ, et une deuxième fois dans l hémisphère onjugué. Nous utilisons un Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

16 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 5 ritère simple pour distinguer es deux as. Nous mesurons la distane le long de la ligne de fore entre le point de départ et haun de deux points finaux. elui qui est le plus loin est par définition le point onjugué. III.1.4. Lignes ouvertes définies par un plafond invariable. Finalement, les possibilités 1(b) et 2(a) néessitent une disussion de la définition d une ligne ouverte. ette ligne est reliée ave le milieu interplanétaire, et si nous essayions au mieux de dérire ette relation l emploi d un modèle de hamp magnétique externe serait inontournable. Le modèle du hamp externe toutefois apporterait une des diffiultés la moins souhaitable : e modèle devrait toujours dépendre du temps et les oordonnées géographiques ne seraient plus seules suffisantes pour dérire les points finaux. Heureusement, dans notre as, nous n avons pas besoin d une desription sophistiquée du hamp externe. Les régions géographiques qui peuvent introduire des perturbations ionosphériques ne se trouvent pas à des latitudes très élevées. Par exemple, les régions sismiques sont toujours à des latitudes inférieures à 60, omme on va le montrer dans le III.2.4. Notre définition d une ligne ouverte est don plutôt primitive : si la ligne s éloigne de plus de 7 rayons terrestres du entre de la Terre, elle est onsidérée omme ouverte et son traé est arrêté à ette distane. e «plafond» invariable du traé est un élément artifiiel et onstitue la plus grande limitation de notre proédure. Il est néanmoins néessaire pour onserver l invariabilité des projetions. III.1.5. L algorithme du traé d une ligne de fore ave un plafond invariable. L algorithme pour le traé d une ligne de fore dans les oordonnées géographiques entre deux altitudes repose sur la disussion présentée dans les préédents paragraphes. A partir d un point de départ donné on trae la ligne d abord dans la diretion opposée à la diretion du hamp magnétique et ensuite dans la diretion parallèle au hamp magnétique. haque fois, on obtient une séquene de points répartis irrégulièrement le long la ligne de fore. Dans ette séquene, on herhe deux points voisins, un d eux ayant une altitude inférieure à l altitude finale, et le deuxième ayant une altitude supérieure ou égale à l altitude finale. Ave es points, on alule la position d un point final par une interpolation linéaire. Suivant la disussion du III.1.1, au maximum deux points finaux peuvent être trouvés. Si le nombre de points trouvés est inférieur à deux, il s agit d une situation anormale et les aluls sont arrêtés. Les oordonnées de deux points sont don toujours à la sortie de la proédure. Si l on trouve moins que deux points finaux, les oordonnées du point inexistant sont définies ave une valeur par défaut. Finalement, les points finaux sont rangés selon leur distane à partir du point de départ, mesurée le long la ligne de fore. III.1.6. Programme «litrpiva» (LIignes Traés ave un Plafond InVAriable). L appliation pratique des prinipes dérits dans les préédents paragraphes est mise en oeuvre dans le programme «litrpiva.» e programme n est pas destiné à la projetion direte des régions sismiques, ar ela exige une approhe spéiale qui est disuté dans le III.2. ependant, e programme peut être utilisé lorsqu on trouve d autres raisons pour mettre le satellite en mode burst. Un des exemples est un passage au-dessus d éruptions volaniques. Il existe aussi la possibilité d observations synhronisées ave d autres missions spatiales, p. ex., ave luster-ii. Dans tous es as, le programme «litrpiva» peut servir à aluler les points sur l orbite de Demeter, où on se trouve en onjugaison magnétique ave un autre objet. Un manuel d utilisation du programme se trouve dans le V.1. Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

17 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 6 III.2. Desription des régions sismiques et leur projetion à l altitude du satellite. La liste de régions sismiques dérite dans le II.2 ne peut pas être projetée à l altitude du satellite d une façon direte. On peut imaginer, que l on pourrait prendre haun des points qui définissent un retangle sur la surfae de la Terre et le projeter de l altitude zéro à l altitude du satellite. Mais dans ette situation, l altitude de départ est inférieure à l altitude finale et, selon le III.1.1, il est possible qu auun point final ne soit obtenu. Il existerait don des retangles à l altitude du satellite dont un ou plusieurs sommets ne sont pas définis. De ette façon, on obtiendrait des résultats qui seraient diffiiles à utiliser. III.2.1. Matrie des régions. Nous avons hoisi de dérire les régions sismiques d une façon disrète. On divise l intervalle total de latitudes de -90 à 90 en 180 sous-intervalles d un degré et l intervalle total de longitudes de 0 à en 360 sous-intervalles d un degré. On obtient don une matrie de 180x360 régions élémentaires et pour haune de es régions on peut définir s il s agit d une région sismique ou non. Dans ette desription, on ne perd pas de résolution par rapport à la liste originale, ar les retangles y sont définis aussi à un degré prés. ette desription a pour avantage aussi de failiter l utilisation ultérieure des résultats. Ayant donné les oordonnées géographiques (latitude ϑ en degrés, et longitude ϕ en degrés), on peut regarder l élément de la matrie situé sur la ligne ϑ +91 et dans la olonne ϕ +1, et on peut ainsi failement aéder à l information sur les régions sismiques. III.2.2. Projetion direte de la matrie des régions. haune des 180x360 régions élémentaires a un point entral qui peut servir omme point de départ pour l algorithme dérit dans le III.1.5. Si i est l indie de ligne et j est l indie de olonne dans la matrie dérite i-dessus, on a une latitude de i-90.5 et une longitude de j-0.5 pour ette diretion. ette approhe direte donne déjà des résultats bien définis, mais elle a un inonvénient prinipal. omme l altitude de départ (zéro) est toujours inférieure à l altitude finale (l altitude du satellite), la densité de lignes de fore est moins importante à l altitude finale (voir la disussion dans le III.1.2). Si on trae des lignes à partir de points entraux répartis dans une matrie régulière ( III.2.1), on obtient des points finaux qui sont plus lairsemés sur une sphère à l altitude finale. Ainsi, on ne peut pas failement entrer les résultats dans une matrie de la même forme que elle de la matrie de départ : ette approhe produirait des trous à l intérieur des régions sismiques ontinues. III.2.3. Reherhe des régions sismiques par une projetion inverse. Une projetion inverse est plus adaptée a nos besoins. On définit d abord la matrie de régions sismiques sur la surfae de la Terre. On définit également deux matries à l altitude du satellite : l une pour aumuler des résultats orrespondants à des points situés dans le même hémisphère magnétique, l autre pour des résultats déduits à partir des points onjugués. Les deux matries sont d abord définies vides, sans auune région sismique. Ensuite, on parourt toutes les 180x360 régions élémentaires des matries à l altitude du satellite. On prend la diretion entrale de haune de es régions omme un Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

18 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U Figure 3 : Visualisation de la matrie 180x360 des régions sismiques sur la surfae de la Terre. Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

19 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U Figure 4 : Visualisation de la matrie 180x360 des régions sismiques projetées à l altitude du satellite dans le même hémisphère Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

20 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U Figure 5 : Visualisation de la matrie 180x360 des régions sismiques projetées à l altitude du satellite dans l hémisphère onjugué. Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

21 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 10 point de départ et on lane le traé selon le III.1.5, en supposant que l altitude finale se situe sur la surfae de la Terre. omme l altitude de départ (l altitude du satellite) est supérieure à l altitude finale (zéro), on obtient toujours soit un, soit deux point finaux sur la surfae de la Terre. Pour haun des points finaux, on trouve la région élémentaire de la matrie 180x360 dans laquelle ils tombent sur la surfae de la Terre ( III.2.1). S il s agit d une région sismique, on définit la région de départ omme une région sismique. Pour le premier point final, ette définition onerne la matrie qui orrespond au même hémisphère. Pour le deuxième point final (s il existe), on modifie la matrie de l hémisphère onjugué. Ainsi, on obtient les projetions de régions sismiques à l altitude du satellite. III.2.4. Programme «litrpivaprosim» (LIignes Traés ave un Plafond InVAriable, PROgramme SIsMique). L algorithme de la projetion inverse selon le paragraphe préédent est appliqué dans le programme «litrpivaprosim». Un manuel d utilisation du programme se trouve dans le V.2. e programme traite la liste de régions sismiques ( I.2) et il produit trois matries de 180x360 régions élémentaires : La matrie de régions sismiques sur la surfae de la Terre, la matrie de projetions de es régions à l altitude du satellite dans le même hémisphère, et la matrie de projetions à la même altitude dans l hémisphère onjugué. Ave une position donnée du satellite sur son orbite, on peut failement savoir si l on se trouve dans une région sismique ( III.2.1). Une visualisation de es trois matries est montrée dans les Figures 3, 4 et 5. La Figure 3 reproduit l information à la surfae de la Terre déjà ontenue dans la Figure 1. La Figure 4 montre la matrie pour le même hémisphère. On y voit que les régions sismiques se sont généralement déplaées vers les latitudes moins importantes. et effet est plus prononé pour les régions prohes de l équateur magnétique. La Figure 5 visualise la matrie dans l hémisphère onjugué. Les régions sismiques sont presque symétriques par rapport à l équateur, leur forme étant plus déformée à ause d une projetion plus omplexe. III.2.5. Programme «projet_zone». Un autre algorithme de la projetion des régions sismiques est appliqué dans le programme «projet_zone». Un manuel d utilisation du programme se trouve dans le V.3. e programme traite la liste de régions sismiques ( I.2) et il produit une liste modifié en ajoutant les résultats des projetions diretes de es régions à l altitude du satellite dans le même hémisphère, et à la même altitude dans l hémisphère onjugué. Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

22 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 11 IV. GESTION DU MODE «VEILLE» DE LA U A ause des manipulations tehnologiques, les expérienes sientifiques doivent être mises en mode «veille» sur une partie de l orbite. ette partie sera située dans les régions polaires à des latitudes géomagnétiques dipolaires supérieures à +65 dans l hémisphère Nord et inférieures à - 65 dans l hémisphère Sud. La raison sientifique de e hoix est la présene d émissions d ondes intenses d origine externe dans les régions aurorales et subaurorales. es émissions empêheraient d enregistrer toute ativité due aux phénomènes géophysiques internes, e qui est le but prinipal du projet. L absene de régions sismiques à es latitudes est une raison seondaire. omme la présene d émissions naturelles est définie par les oordonnées géomagnétiques, il est néessaire de transformer es oordonnées en oordonnées géographiques qui seront utilisées pour la gestion du satellite. La bibliothèque GEOPAK ontient les proédures néessaires pour ette transformation (voir l annexe A). Le seul problème qui reste à résoudre est la desription des parallèles géomagnétiques. On peut réer une séquene de points en oordonnées géomagnétiques, haun de es points ayant la même latitude et la séparation des points voisins en longitude étant 1. Si on transforme ette séquene en oordonnées géographiques, on obtient une répartition irrégulière en Latitudes geographiques pour une latitude geomagnetique de +-65 degres Figure 6 : Transformation des parallèles géomagnétiques de +65 et de -65 en oordonnées géographiques. Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

23 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 12 longitude. Les points voisins seront séparés différemment dans des différentes parties de ette séquene. ela ompliquerait l utilisation ultérieure de es données. Ainsi, nous avons développé un algorithme itératif, qui hange les longitudes géomagnétiques de la séquene originelle. A la fin de et algorithme, nous avons une répartition régulière des points en longitude géographique,.-à-d. nous avons 360 points ave longitudes géographiques 0, 1, 2,, et pour haun de es points nous avons la latitude géographique de la parallèle géomagnétique en question. Par expériene, nous avons mis 20 pas itératifs, e qui est suffisant pour avoir une préision relative de L algorithme est odé en fortran dans un petit programme maglat (voir l Annexe G). A la sortie de e programme un fihier asii mag_lat.txt est réé. e fihier ontient 359 lignes en trois olonnes. Dans la première olonne, on a la longitude géographique en degrés, les deux olonnes suivantes ontiennent les latitudes géographiques des parallèles géomagnétiques dipolaires de +65 ou -65, respetivement. Un exemple de la proédure de leture de es données est donné dans le programme IDL maglat.pro (voir aussi l Annexe G). La Figure 6, réée par e programme, présente les deux parallèles géomagnétiques par des ourbes en ontinu, qui sont superposées sur un réseau de oordonnées géographiques. Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

24 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 13 V. MANUELS D UTILISATION DES PROGRAMMES V.1. Manuel d utilisation du programme LITRPIVA. L algorithme dérit dans le III.1.5 est odé en Fortran dans la proédure geotra (voir l annexe ). Il est aompagné par des proédures assurant la sortie de résultats du traé dans un fihier. Une simple interfae aux proédures de l annexe est érite dans le programme litrpiva (l annexe D). A l entrée de e programme on a un fihier asii litrpiva.txt dont haque ligne ontient quatre nombres réels : Altitude du point de départ en kilomètres, ses latitude et longitude géographiques en degrées, et altitude finale en kilomètres. Un exemple de e fihier est montré dans la Table Table 1 : Un exemple du fihier litrpiva.txt La sortie éran qui suit le lanement de l exéutable litrpiva est la suivante : santolik on gargilesse $ litrpiva LITRPIVA v.1 : Field line traing. LITRPIVA v.1 : Started on Tue Sep 28 10:19: LITRPIVA v.1 : Done, Tue Sep 28 10:19: santolik on gargilesse $ Le programme sort un fihier asii litrpiva.out qui sur haque ligne ontient les oordonnées géographiques du point de départ et de deux points finaux. Ave l entrée de la Table 1, on obtient la sortie qui est montrée dans la Table Field line traing, output file initial point final point 1 final point 2 no alt glat glon finalt glat glon length glat glon length (km) (deg) (deg) (km) (deg) (deg) (km) (deg) (deg) (km) Version: LITRPIVA v Last modified by: O. Santolik, 28-sep File reated on: Tue Sep 28 10:19: IGRF epoh: Table 2 : Un exemple du fihier litrpiva.out Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

25 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U Field line traing LOG file row ol di h alt glat glon length (km) (deg) (deg) (km) Version: LITRPIVA v Last modified by: O. Santolik, 28-sep File reated on: Tue Sep 28 10:21: IGRF epoh: Table 3 : Un exemple du fihier litrpiva.log Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

26 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 15 Dans et exemple l altitude finale (surfae de la Terre) est inférieure à l altitude de départ (800 km) et on doit toujours obtenir au moins un point final. Pour le premier point de départ, on obtient deux points finaux ; Un qui est juste au-dessous du point de départ et l autre qui est situé dans l hémisphère onjugué, et qui se trouve à une distane d environ 15 rayons terrestres le long de la ligne de fore. La latitude de deux points de départ suivants est augmentée toujours d un degré. Pour es latitudes plus importantes, on ne trouve toujours qu un point final, pare que la ligne de fore s éloigne plus que le plafond prédéfini et on la onsidère omme «ouverte». Les oordonnées du deuxième point final sont alors définies par une valeur de 999 degrés et la distane par une valeur de km. Si l option log est spéifiée lors de lanement de l exéutable litrpiva, un fihier litrpiva.log est réé. La sortie éran de e lanement est la suivante : santolik on gargilesse $ litrpiva log LITRPIVA v.1 : Field line traing. LITRPIVA v.1 : Started on Tue Sep 28 10:21: LITRPIVA v.1 : reating LOG file litrpiva.log LITRPIVA v.1 : Done, Tue Sep 28 10:21: santolik on gargilesse $ Le fihier «log» ontient les résultats de haque traé. Un exemple de e fihier est présenté dans la Table 3. On l a réé ave les mêmes données d entrée omme dans les exemples préédents. omme la taille du fihier est beauoup plus importante que elle des fihiers préédents, on ne montre qu environ deux tiers de son ontenu. La première olonne de données sert à loaliser les résultats dans les fihiers litrpiva.txt et litrpiva.out, où elle indique le numéro de ligne. La deuxième olonne n est pas utilisée et la troisième indique la diretion du traé ; -1 signifie un traé dans la diretion du hamp, 1 signifie dans la diretion opposée. La quatrième olonne est zéro pour les points obtenus par le traé. S il s agit d un point final interpolé, elle indique le nombre atuel de points finaux trouvés. Les quatre dernières olonnes donnent la position de haun des points : altitude en kilomètres, latitude et longitude géographiques en degrés, et la longueur de la ligne de fore intégrée en kilomètres depuis le point de départ Field line traing, output file initial point final point 1 final point 2 no alt glat glon finalt glat glon length glat glon length (km) (deg) (deg) (km) (deg) (deg) (km) (deg) (deg) (km) Version: LITRPIVA v Last modified by: O. Santolik, 28-sep File reated on: Tue Sep 28 10:24: IGRF epoh: Table 4 : Fihier litrpiva.out pour le 1 janvier 2000 à 6h TU Pour le premier point de départ, on voit que la ligne de fore s éloigne jusqu à une distane géoentrique de 6.5 rayons terrestres et ensuite elle revient vers la Terre, marquant un point final dans l hémisphère onjugué. Un autre point final est obtenu en suivant la ligne dans la diretion opposée à la diretion du hamp. Pour le deuxième point de départ, la ligne s éloigne plus et dépasse le plafond à Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

27 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 16 7 rayons terrestres de distane géoentrique. On n obtient ainsi qu un point final en suivant la ligne dans la diretion opposée. omme on utilise les proédures de la bibliothèque GEOPAK, qui traent la ligne de fore pour un temps donné, il faut tester l invariabilité de nos résultats en oordonnées géographiques. Une soure possible de leur variabilité ave le temps est le modèle du hamp externe, qui est exigé pour la proédure TRAE de GEOPAK. On utilise le modèle T89 ave Kp=0, mais son influene sur les résultats doit être minimum, ar on ne trae que les lignes de fore qui sont prohes de la Terre. La plus grande influene doit être observée à la frontière entre les lignes fermées et ouvertes. ette frontière est montrée dans les préédents exemples : la ligne partant de la latitude de 66.5 retourne vers la Terre, mais les lignes partant de 67.5 et 68.5 dépassent déjà le plafond et sont définies omme ouvertes. Le temps de alul est fixé dans le programme litrpiva au 1 janvier 2000 à 0h TU. Si on essaye de refaire les aluls pour le 1 janvier 2000 à 6h TU, on obtient les résultats présentés dans la Table 4. On retrouve des résultats préédents ave une préision d un degré de latitude et de deux degrés de longitude. La différene la plus remarquable est que sur la deuxième ligne on n a plus la ligne ouverte et on obtient deux points finaux Field line traing, output file initial point final point 1 final point 2 no alt glat glon finalt glat glon length glat glon length (km) (deg) (deg) (km) (deg) (deg) (km) (deg) (deg) (km) Version: LITRPIVA v Last modified by: O. Santolik, 28-sep File reated on: Tue Sep 28 10:25: IGRF epoh: Table 5 : Fihier litrpiva.out pour le 1 janvier 2000 à 12h TU Les résultats pour 12 heures TU sont présentés dans la Table 5. Les points finaux sont toujours retrouvés ave la même préision que dans le as préédent, mais maintenant, on n a auune ligne ouverte et deux point finaux sont obtenus pour haun des points de départ. La variabilité des résultats se manifeste don plutôt par des hangements de la définition des lignes ouvertes. La variabilité des positions de points finaux n est pas très importante. Pour des points de départ situés en basses latitudes, ette variabilité doit être enore moins prononée. V.2. Manuel d utilisation du programme LITRPIVAPROSIM. La proédure de projetion des région sismiques, dérite dans le III.2, est odé en Fortran dans le programme litrpivaprosim. Son listing se trouve en annexe E. omme le programme litrpiva, le programme litrpivaprosim peut être lané ave ou sans option «log». Un exemple de la sortie éran ave l option «log» est montré i-dessous : Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

28 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 17 santolik on gargilesse $ litrpivaprosim log LITRPIVAprosim v.1: Field line traing to seismi regions. LITRPIVAprosim v.1: Started on Tue Sep 28 10:28: LITRPIVAprosim v.1: reating LOG file litrpivaprosim.log LITRPIVAprosim v.1: Latitudes from -90 to -80 degrees... LITRPIVAprosim v.1: Latitudes from -70 to -60 degrees... LITRPIVAprosim v.1: Latitudes from -50 to -40 degrees... LITRPIVAprosim v.1: Latitudes from -30 to -20 degrees... LITRPIVAprosim v.1: Latitudes from -10 to 0 degrees... LITRPIVAprosim v.1: Latitudes from 10 to 20 degrees... LITRPIVAprosim v.1: Latitudes from 30 to 40 degrees... LITRPIVAprosim v.1: Latitudes from 50 to 60 degrees... LITRPIVAprosim v.1: Latitudes from 70 to 80 degrees... LITRPIVAprosim v.1: Writing output files... LITRPIVAprosim v.1: Done, Tue Sep 28 10:46: santolik on gargilesse $ omme on le peut onstater, la durée des aluls est presque de 18 minutes sur une station SUN 5, e qui est une onséquene du nombre élevé de lignes de fore traés. Le programme lit le fihier asii ave la liste des régions sismiques ( voir le II.2), et il suit la proédure dérite dans le III.2. Il rée la matrie de régions sismiques sur la surfae de la Terre et, ave la projetion inverse, il rée des matries projetées le long de lignes de fore Field line traing LOG file row ol di h alt glat glon length (km) (deg) (deg) (km) Version: LITRPIVAprosim v Last modified by: O. Santolik, 28-sep File reated on: Tue Sep 28 10:28: Initial altitude (km): Final altitude (km): IGRF epoh: Table 6 : Partie initiale du fihier litrpivaprosim.log Ave l option «log», un fihier litrpivaprosim.log est produit à la sortie (voir la Table 6). e fihier ontient les résultats de haque traé sous la même forme omme dans le fihier litrpiva.log qui est dérit dans le préédent paragraphe. Une seule différene est à noter pour les deux premières olonnes de données qui servent à se répérer dans la matrie de régions. La premiére olonne ontient la ligne de ette matrie et la deuxième ontient la olonne, e qui définisse le point de départ de la haque traé. omme le nombre de points de départ est assez élévé (64800), le fihier est très large (environ 111 Motets). Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

29 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U 18 Pour omparer les aluls faits ave les programmes litrpivaprosim et litrpiva, on a retrouvé dans e fihier les parties orrespondantes a l example du traé du V.1. es parties sont présentées dans le Tableau 7. Le premier traé ommene à la ligne du fihier litrpivaprosim.log et le deuxième ommene à sa ligne En omparant ette Table. ligne ligne Table 7 : Deux parties du fihier litrpivaprosim.log orrespondantes a l exemple du fihier litrpiva.log dans la Table 3. ave la Table 3, on voit que les deux programmes donnent les résultats identiques. Ave ou sans l option «log», le programme litrpivaprosim toujours produit à sa sortie trois fihiers asii : inmap.txt : la matrie de régions sismiques sur la surfae de la Terre (voir la Table 8) trmap.txt : la matrie de régions sismiques projetée le long de lignes de fore sur une sphère a l'altitude de 800 km. otrmap.txt : la projetion de régions sismiques sur la même sphère mais dans l'hémisphère onjugué. Les trois fihiers ont la même struture: une entête de 21 lignes une matrie omposée de symboles 0 ou 1 en 180 lignes et 360 olonnes omme il est dérit dans l'entête, haque élément (symbole 0 ou 1 ) de la matrie orrespond à une région élémentaire de 1x1 degré de latitude et longitude géographique, l indie de ligne (1..180) définissant la latitude géographique du point entral de ette région, latitude = (ind_ligne-90.5), et l indie de olonne (1..360) donnant sa longitude, longitude = (ind_olonne- 0.5). Une valeur de 1 signifie la présene de risques sismiques dans ette région, s'il y a un 0 ela veut dire que e n'est pas une région sismique. Par exemple, toute la première ligne a une latitude entrale de -89.5,.-à-d. qu elle ouvre l'intervalle de latitudes géographiques entre le pôle sud (-90 ) et -89. La longitude entrale de la première olonne est 0.5.-à-d. qu elle ouvre la région entre 0 et 1 de longitude géographique. Sur toute la première ligne on voit des zéros, ela veut dire qu'il n'y a pas de risques sismiques. Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1

30 Miro-satellite DEMETER Utilisation du modèle IGRF pour la programmation de la U INMAP file (initial map, Earths surfae) Field line traing to seismi regions DEMETER mission Byte matrix 180x360 : rows , olumns geographi latitude (deg) = row-90.5 geographi longitude (deg) = olumn-0.5 Values of 1 mean that the region 1 deg x 1 deg around the given position is magnetially onneted to a seismi region on the Earth's surfae. --- Version: LITRPIVAprosim v Last modified by: O. Santolik, 28-sep File reated on: Tue Sep 28 10:28: Initial altitude (km): Final altitude (km): IGRF epoh: Table 8 : La partie initiale du fihier inmap.txt haun des fihiers est destiné a être lu dans une matrie onservée dans la mémoire, et ave la position atuelle du satellite (dans les oordonnées géographiques) : latitude entre -90. et et longitude entre 0. et , on peut indexer la matrie (notation fortran), i=int(latitude)+91, j=int(longitude)+1. Si matrie(i,j) est égale à 1 il faut entrer dans le mode «burst», sinon il faut rester dans le mode «survey». Un exemple de la leture de es fihiers est donné dans l Annexe F. ette Annexe ontient le listing du programme plotmaps qui est odé en IDL. La sortie éran de e programme est la suivante : IDL>.run plotmaps % ompiled module: PLOTMAP. % ompiled module: $MAIN$ Field line traing to seismi regions for Demeter plotting of map files reated by LITRPIVAPROSIM LIgnes TRaees ave un Plafond InVAriable, PROjetions de regions SIsMiques Reading MAP file: inmap.txt INMAP file (initial map, Earths surfae) reating PS file: inmap.ps % ompiled module: MAP_SET. % ompiled module: ROSSP. % ompiled module: MAP_IMAGE. % ompiled module: MAP_ONTINENTS. % ompiled module: FILEPATH. % ompiled module: MAP_GRID. % ompiled module: RESOLVE_ALL. % ompiled module: REVERSE. Reading MAP file: trmap.txt TRMAP file (nearest hemisphere) reating PS file: trmap.ps Reading MAP file: otrmap.txt OTRMAP file (onjugate hemisphere) reating PS file: otrmap.ps IDL> Réf : DMT/MU/PS/3/0032/M/LP/1.1