Soutenance de thèse de Yanis HAZEM

Les orages sont de puissants accélérateurs naturels de particules capables de produire des phénomènes de rayonnement de haute énergie tels que les flashs gamma terrestres (TGFs), les lueurs gamma (gamma ray glows GRGs) et, plus récemment, les scintillations gamma (flickering gamma ray flashes FGFs). Ces phénomènes résultent de l’accélération d’électrons dans les champs électriques intenses au sein des nuages d’orage et sont un sujet d’étude actif en raison de leurs implications pour la physique de l’atmosphère et du risque potentiel d’exposition aux rayonnements pour l’aviation. Cette thèse de doctorat fait progresser notre compréhension et la détection de ces événements atmosphériques de haute énergie grâce à une combinaison de campagnes d’observation, de développement de méthodes statistiques et d’évaluation des risques radiatifs. Une première partie est consacrée au spectromètre gamma XStorm, composé d’un scintillateur BGO et d’un scintillateur plastique, pour lequel nous avons quantifié la dépendance en température du temps de décroissance du BGO, proposé une nouvelle méthode d’étalonnage utilisant le front Compton pour le détecteur plastique, et adapté son logiciel d’acquisition pour de futures missions ballons telles que Stratéole-2. XStorm a été déployé avec succès lors des vols d’essai OREO, fournissant des données en vol précieuses sur ses performances. Dans la seconde partie, nous avons développé une nouvelle méthode d’inférence bayésienne capable de révéler des lueurs gamma de faible intensité autrement dominées par le bruit de fond. Appliquée aux données de trois stations au sol (Chofu au Japon, ainsi que La Hague et le Pic du Midi en France), cette méthode a permis d’identifier plus de 14 lueurs gamma, dont plusieurs événements trop faibles pour être détectés par les techniques statistiques traditionnelles. Les résultats indiquent que ces événements sont beaucoup plus fréquents qu’on ne le pensait et pourraient constituer une propriété systémique de l’électrification des orages. Enfin, nous avons construit un modèle statistique reliant éclairs (à partir des observations OTD/LIS) et détections de TGF par Fermi-GBM afin de proposer une carte mondiale de la densité des TGF. Le modèle estime qu’environ 520 000 TGFs suffisamment intenses pour être détectés par Fermi-GBM se produisent chaque année dans le monde, dont 87% concentrés dans les régions tropicales. En intégrant les TGFs faibles découverts récemment durant la campagne ALOFT, nous avons affiné l’estimation du risque d’exposition pour la flotte aérienne mondiale, montrant que la probabilité de recevoir une dose supérieure à 1 Sv est d’environ une fois tous les 400 ans, tandis qu’une exposition supérieure à 1 mSv pourrait survenir environ une fois tous les 16 ans. Ce travail relie instrumentation, observation et inférence statistique pour offrir une nouvelle perspective sur les phénomènes de haute énergie produits par les orages et permet de mieux cerner leurs contributions dans les phénomènes atmosphériques électriques et les expositions aux rayonnements ionisants dans l'aviation.