Mesures vectorielles expérimentales des instruments ASM de la mission SWARM : du commissioning à la production de modèles de champs géomagnétiques

Les trois satellites de la mission SWARM de l’agence spatiale européenne (ESA), lancés le 22 Novembre 2013, ont pour objectif central de mesurer le champ magnétique terrestre. Sur chaque satellite, la charge utile principale (dédiée à la magnétométrie) comporte un magnétomètre relatif (VFM) solidaire de caméras stellaires (STR) placé sur un bras, à l’extrémité duquel se trouve également un magnétomètre absolu (ASM). Le rôle nominal de l’ASM est de fournir une mesure scalaire absolue du champ, utilisée à la fois pour les besoins scientifiques de la mission et pour permettre la calibration des données fournies par le VFM, dont l’attitude est restituée grâce aux données fournies par les STR. En utilisant un concept innovant mis au point par le CEA-Léti, l’ASM a cependant aussi la capacité de fournir seul et simultanément une mesure vectorielle auto- calibrée du champ magnétique. La fourniture de cet instrument à l’ESA par le CNES a permis de tester ce mode pour la première fois de manière opérationnelle dans l’espace. En tirant parti de la disponibilité simultanée des données vectorielles nominales de la mission et des données expérimentales fournies par les ASM, il a été possible de tester avec succès la qualité et le potentiel scientifique de ces dernières. Cette thèse rapporte les travaux menés dans ce sens, depuis les travaux initiaux (de type « commissioning ») ayant permis de valider dans l’espace le principe même de cette mesure vectorielle expérimentale, jusqu’à la démonstration progressive de l’intérêt scientifique de telles données, pour notamment la construction de modèles géomagnétiques globaux de très bonne qualité. Ces travaux ont aussi été l’occasion d’identifier les conditions optimales de fonctionnement vectoriel de l’instrument ASM (et les perturbations pouvant affecter les données), d’améliorer la stratégie d’auto-calibration des données, et même de contribuer à la caractérisation et à la remédiation de problèmes affectant l’ensemble de la mission (y compris les données nominales). De nombreuses leçons ont été tirées de ces travaux et mises à profit par le CEA-Léti, qui travaille aujourd’hui à la conception d’une version miniaturisée de l’instrument ASM, désormais proposé comme charge utile principale sur un nouveau projet de constellation de nanosatellites, le projet NanoMagSat (déposé conjointement à l’appel d’offre « Scout » de l’ESA, par l’IPGP, le CEA-Léti, la société Open Cosmos, et l’Université d’Oslo) pour compléter et prendre la suite de la mission Swarm.