[obsdoc] thèse enmathématique appliquée à l'astrophysique ( solaire)

[Reza Samadi <Reza.Samadi@obspm.fr>]

-------- Original Message --------
Subject: thèse en mathématique appliquée à l'astrophysique (solaire)
Date: Wed, 29 Aug 2001 12:53:44 +0200
From: Jean-François Hochedez <hochedez@oma.be>
Reply-To: hochedez@oma.be
To: Commission.Jeunes-Chercheurs@obspm.fr,Jean-Michel Morel
<Jean-Michel.Morel@cmla.ens-cachan.fr>
CC: Frédéric Clette <Frederic.CLETTE@oma.be>,Pierre Cugnon
<Pierre.CUGNON@oma.be>


L'Observatoire Royal de Belgique est heureux d'annoncer la possibilité d'un
poste pour effectuer dès cet automne une thèse en mathématique appliquée à
l'astrophysique, en particulier solaire.

http://sol.oma.be/Jobvacancy/jobvacancy.html

Voir aussi le texte ci-dessous ou le document word attaché.

Les candidatures peuvent nous être envoyées par email.

Très Sincèrement,

Jean-François Hochedez


Dr Jean-Francois Hochedez Astronomer
mailto:j-f.hochedez@oma.be
Tel: +32 2373 0302 Fax: +32 2374 9822
GSM: +32 478342416 hochedez@proximus.be
Royal Observatory of Belgium
Solar Physics Department
Circular Avenue, 3. B1180 Brussels Belgium
http://sol.oma.be http://bold.oma.be/
http://homepage.oma.be/hochedez/


Analyse par ondelettes des observations EIT / SoHO
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1. Introduction
Aucun autre signal astrophysique ne manifeste une richesse comparable à
celle de l'atmosphère solaire observée dans l'extrême ultraviolet (EUV). Les
séquences d'images coronales abondent en complexité à toutes les échelles
spatiales et temporelles, jusqu'aux plus petites, et bien au-delà des
résolutions actuelles. Depuis les dernières missions spatiales (Yohkoh,
SoHO, TRACE), ces données s'accumulent dans des archives volumineuses. Un
aussi vaste patrimoine scientifique mérite d'être systématiquement
dépouillé. Cependant, les algorithmes même sophistiqués ne parviennent pas
encore à en extraire certains objets solaires que l'?il humain distingue
pourtant. Des méthodes d'analyse d'images doivent donc être spécialement
étudiées pour appréhender les observations du passé avec objectivité et
rapidité. De plus, les futures missions solaires bénéficieront fortement de
ces avancées, car elles pourront embarquer les algorithmes et ainsi
optimiser la télémétrie en présélectionnant les données les plus
remarquables. Dans ce contexte, l'analyse par ondelettes sous-tend plusieurs
aspects des réponses possibles au problème.
2. Observation de la couronne solaire dans l'extrême UV
A la suite de la participation importante de la Belgique à la définition et
à la réalisation de l'imageur EIT (Extreme ultraviolet Imaging Telescope),
l'Observatoire Royal de Belgique a entrepris, au sein de son service de
Physique Solaire, la maintenance d'une archive complète de cet instrument.
C'est la seule en Europe qui présente la caractéristique d'être accessible
en ligne. Cette équipe a amorcé en 2000 la suite logique consistant à
exploiter pleinement son contenu par la mise en oeuvre de catalogues
sophistiqués, mais surtout par le développement d'outils algorithmiques. Ces
derniers apparaissent nécessaires pour un certain nombre de raisons. En
premier lieu, l'archive EIT contient déjà 200 Go de données. Elle augmente
chaque jour, et cela vraisemblablement pour quelques années encore. Ensuite,
les observations manifestent une grande richesse spatiale et temporelle,
mais aussi une large dynamique (14 bits) empêchant l'?il d'appréhender la "
profondeur " de l'image ; une échelle de gris est souvent limitée à 256
niveaux. Enfin, et ce ne sont pas les moindres exigences, la scrutation se
doit d'être reproductible, quantitative et objective. Les considérations
pratiques d'automatisation et de rapidité s'ajoutent aux motivations
précédentes.
Des résultats préliminaires ont été déjà obtenus. De façon à étudier les
objets " les plus simples ", nous nous sommes intéressés en premier lieu aux
plus petits, caractérisés par une " surintensité à petite échelle ". Nous
avons par exemple montré que pour la raie la plus chaude observée par EIT
(Fe XV), la surface totale couverte par ces phénomènes évoluait à l'inverse
du cycle mesuré par l'indice des tâches solaires. Ce type de mise en
évidence possède des implications fortes sur le fonctionnement de la dynamo
solaire, et donc sur le climat terrestre par exemple. Des travaux plus
élémentaires encore, décrivent l'évolution de la distribution d'intensité
EUV lors de la phase croissante du cycle 23 de l'activité solaire. On a pu
constater que l'augmentation du flux EUV solaire provenait d'un
accroissement de la surface des régions actives plutôt que de leur brillance
maximale.
Cependant, les traitements élémentaires atteignent rapidement leurs limites.
Les études photométriques en cours se privent de l'apport fondamental de
l'imagerie ; or la physique coronale repose sur la structuration magnétique
de son plasma. Ces traitements ne sauraient représenter qu'une projection de
la réalité à confronter à d'autres observations résolues spectralement ou
spatialement.
3. Suivi d'objets coronaux et ondelettes
La couronne solaire est un milieu optiquement mince donnant lieu à une
superposition de structures a priori indépendantes dans la ligne de visée.
Un même pixel peut par exemple correspondre tout à la fois à de très larges
structures au premier plan, à un point brillant, et à un trou coronal. De
plus, le soleil est animé d'une rotation d'ensemble d'une période de 25
jours qui se combine dans la photosphère à une rotation différentielle pour
laquelle l'équateur tourne plus vite que les pôles. Certains objets coronaux
sont en rotation rigide, d'autres -ancrés dans la photosphère- subissent la
rotation différentielle. Nous avons ainsi été amenés à introduire la
dimension temporelle dès le départ et à considérer les images en séquence.
La méthode la plus appropriée pour le suivi d'objet est le " flot optique "
(FO).
Les ondelettes sont maintenant omniprésentes sur la scène du traitement du
signal et de l'image. Dans le présent projet, leur rôle serait multiple :
1. La transformée en ondelettes continue (TOC) autorise l'affectation à tout
pixel d'une échelle et d'une direction locale dominante. Il faut construire
un paramètre synthétisant le comportement local des coefficients
d'ondelettes. Les représentations en échelle ou en direction seraient alors
introduites simultanément dans une méthode de FO à canaux multiples.
2. Les représentations en échelle et en angle permettront de se départir du
problème permanent de la superposition des structures dans la ligne de
visée.
3. Une approche multi-échelle apparaît comme la réponse conceptuelle au
problème de la relation entre la cadence d'une séquence et la performance
d'une méthode de suivi (FO).
4. La puissance de calcul augmentant, les ondelettes 3D se développent et
s'appliqueront avec avantage aux séquences à haute cadence où la troisième
dimension est le temps.
Suite à la réunion du consortium EIT organisée à Bruxelles début 2000, notre
service a obtenu l'accomplissement régulier de séquences aux plus hautes
cadences possibles (1 image par minute). Les développements proposés ici
trouveront une matière d'application supplémentaire dans ces " synoptic
movies " visant l'étude à long terme de la dynamique à haute résolution
spatiale et temporelle. Il sera ensuite possible d'interpréter par
ergodicité le reste de l'archive produite à plus faible cadence.
5. Segmentation de la couronne et ondelettes
La segmentation ne peut être antérieure au suivi car des problèmes
insolubles d'appariement se poseraient sinon. Elle est donc réalisée en
tenant compte de celui-ci, mais aussi des superpositions de structures
transparentes. Cette étape doit être menée à bien car elle débouche sur la
physique solaire proprement dite (statistiques et études de cas). Les
interprétations revalideront a posteriori les outils mathématiques employés.
Un résultat ultime pourrait être la classification robuste des observables
sous les labels approximatifs existant de la physique solaire. De nouvelles
dénominations pourraient aussi être légitimées. Or les ondelettes ont aussi
un rôle essentiel à jouer pour cette segmentation :
1. En plongeant une image dans l'espace à 3 ou 4 dimensions des coefficients
des TOC, l'information est en fait simplifiée. Les structures solaires
superposées dans la ligne de visée s'y séparent grâce à leur comportement
différent en angle ou en échelle. Cela rend la segmentation (par
minimisation d'une fonctionnelle) plus robuste.
2. Les méthodes d'évaluation de la texture se basent souvent sur les
ondelettes. Les images chromosphériques manifestent différentes textures qui
serviront à leur segmentation.
Les segmentations seront la base d'une analyse à long terme de la rotation
de l'atmosphère solaire. Pour le cas standard où le suivi d'objet est
possible, il pourrait conduire à une segmentation de la couronne par
ensembles animés du même mouvement. L'observation des éjections de masse
coronale (CME) et des ondes de Moreton vues par EIT (EIT waves)
bénéficieront de ces techniques pour repousser le seuil de la détection des
plus faibles d'entre elles. Ces phénomènes sont d'ailleurs estimés être plus
fréquents qu'ils ne sont actuellement détectés.
Le balayage de l'archive EIT comprend naturellement une composante "
météorologie de l'espace ". Les éruptions dans les régions actives (flares),
et les CMEs représentent les deux sources principales de perturbation
soudaine de l'héliosphère. La possibilité nouvelle de suivre et de qualifier
quantitativement les régions actives, leurs boucles magnétiques, les CMEs et
toute la phénoménologie relative apportera sans nul doute des éléments
d'analyse nouveaux et précieux.
Le travail présente, en outre, un intérêt considérable pour les futures
missions spatiales (STEREO, Solar Orbiter, Solar Probe, SDO), et en
particulier pour celles où notre département s'impliquera. Les imageurs UV
de chacun de ces instruments prévoient des traitements à bord très renforcés
par rapport aux missions passées. Il s'agit d'une part d'améliorer les taux
de compression en utilisant des connaissances préalables sur la morphologie
des images, et de rendre les imageurs plus autonomes d'autre part. Les
débits de télémétrie devenant très faibles à grande distance de la Terre, le
besoin est fort de ne transmettre que les événements les plus intéressants.
Le problème se pose en ces termes pour STEREO, Solar Orbiter et Solar Probe
qui ne sont pas synoptiques. Des modes opératoires pour lesquels le
télescope fonctionne en quasi-permanence et ne transmet que les objets
spécifiés à l'avance par le programme d'observation gagnent en crédibilité
au fur et à mesure que les détecteurs deviennent plus robustes. La maîtrise
de techniques algorithmiques avancées mettra notre équipe dans une situation
avantageuse et cohérente avec ses engagements vers STEREO et Solar Orbiter.
7. Au-delà de la physique solaire
Enfin, le chercheur, de formation mathématique, sera encouragé à élargir au
maximum son champ d'intérêt pour en particulier englober les applications
des autres équipes de l'Observatoire en traitement d'image. Il existe à
l'ORB une réelle nécessité d'expertise dans ces domaines, et la présence
d'une personne expérimentée favorisera l'ensemble de sa communauté
scientifique. L'expertise sus-dite couvrira aussi bien la compréhension
fondamentale des mathématiques impliquées que l'accès pratique aux
programmes et logiciels adaptés.
7. Sélection de publications du département de physique solaire relatives au
sujet
Hochedez, J.-F., Clette, F., Verwichte, E., Berghmans, D., Cugnon, P., 2000,
Mid-term variations in the extreme UV corona: the EIT/SoHO perspective,
ESA-SP463.
Verwichte, E., Nakariakov, V.M., Berghmans, D. and Hochedez, J.-F., Slow
Magneto-acoustic Waves in Coronal Loops, Solar Encounter, The First Solar
Orbiter Workshop, Puerto de la Cruz, Tenerife, Spain, 14-18 May 2001.
Hochedez, J.-F., Lemaire, P., Pace, E., Schuehle, U. & Verwichte, E., Wide
bandgap EUV and VUV imagers for the Solar Orbiter, Solar Encounter, The
First Solar Orbiter Workshop, Puerto de la Cruz, Tenerife, Spain, 14-18 May
2001.
Veselovsky, I.S., Shukov, A.N., Dmitriev, A.V., Tarsina, M.V., Clette, F.,
Cugnon. P., Hochedez, J.-F., Global asymmetry of the Sun observed in the
extreme ultraviolet radiation, Solar Phys, submitted
Brasjsa, R., Vrsnak, B., Ruzdjak, V., Rosa, D., Hrzina, D., Wohl, H.,
Clette, F. & Hochedez, J.-F., 2000, An analysis of the solar rotation
velocity by tracing coronal features, International Astronomical Union.
Symposium no. 203. Manchester, England.
Clette, F., Hochedez, J.-F., Verwichte, E., Berghmans, D. & Cugnon, P.,
2000, Long term variations in the Extreme UV corona: the EIT/SoHO
perspective, Recent Insights into the Physics of the Sun and Heliosphere:
Highlights from SOHO and other Space Missions, International Astronomical
Union, Symposium no. 203, Manchester, England.
Berghmans, D., Clette, F., Cugnon, P., Defise, J.-M., Gabryl, J.-R.,
Hochedez, J.-F., Jamar, C., Robbrecht, E., Van der Linden, R., Rochus, P. &
Verwichte, E., 2000, Probing the solar corona with the EIT experiment:
Belgian programs and archive, OSTC publication on Space Scientific Research
in Belgium.
Artzner, G., Coquillart, S., Hochedez, J.-F. & Delaboudinière, J.-P., 1999,
Solar stereoscopy, ESA-446, 92-100.
Berghmans, D., Clette, F. Moses, D., 1998, Quiet Sun EUV transient
brightenings and turbulence. A panoramic view by EIT on board SOHO, Astron.
Astrophys. 336, 1039-1055.
Moses, Clette, Delaboudinière, Artzner, Bougnet, Brunaud, Carabetian,
Gabriel, Hochedez, Millier, Song, Au, Dere, Howard, Kreplin, Michels,
Defise, Jamar, Rochus, Chauvineau, Marioge, Catura, Lemen, Shing, Stern,
Gurman, Neupert, Newmark, Thompson, Maucherat, Portier-Fozzani, Berghmans,
Cugnon, van Dessel, Gabryl, 1997, EIT observations of the extreme
ultraviolet Sun, Solar Physics, 175.2:571-599
Delaboudinière, Artzner, Brunaud, Gabriel, Hochedez, Millier, Song, Au,
Dere, Howard, Kreplin, Michels, Moses, Defise, Jamar, Rochus, Chauvineau,
Marioge, Catura, Lemen, Shing, Stern, Gurman, Neupert, Maucherat, Clette,
Cugnon, van Dessel, 1995, The Extreme-Ultraviolet Imaging Telescope for the
SOHO mission, Solar Physics 162:291-312

Jacques, L.; Hochedez, J.-F.; Verwichte, E.; 2001, The detection of
small-scale solar features and cosmic ray hits by a multiscale wavelet
approach in images of the solar corona as seen by the Extreme-ultraviolet
Imaging Telescope, in preparation for a refereed mathematical journal
Verwichte, E.; Hochedez, J-F; Jacques, L.; Clette, F.; 2001, The large-scale
corona as seen by the Extreme-ultraviolet Imaging Telescope, SOLSPA 2001,
ESA-SP, in preparation
Hochedez, J-F; Verwichte, E.; Clette, F.; Wauters, L.; Jacques, L.;
Charoing, V.; Dibos, F.; Sanchez, O.; 2001, Half a solar cycle of multiscale
activity observed by EIT/SoHO, ESA-SP, in preparation
Hochedez, J.-F.; Verwichte, E.; Jacques, L.; Small-scale solar features as
seen by the Extreme-ultraviolet Imaging Telescope, in preparation for a
refereed astrophysical journal

annexeengche_ROB-SOL.doc