LESIA - Observatoire de Paris

Soutenance de thèse de Florian Gourgeot le vendredi 6 décembre 2013

vendredi 29 novembre 2013

La soutenance aura lieu lieu le vendredi 6 décembre 2013 à 14h30, dans l’amphithéâtre du bâtiment Evry Schatzman à Meudon.

Titre de la thèse

"Étude comparative des propriétés physico-chimiques d’astéroïdes, de satellites glacés et d’objets transneptuniens"

Directeurs de thèse

Antonella Barucci et Christophe Dumas

Résumé

Les astéroïdes, les satellites et les objets transneptuniens sont trois populations qui rassemblent de nombreux objets dont les propriétés dynamiques, physiques et chimiques sont extrêmement variées. Alors que certains sont considérés parmi les plus primitifs de notre système solaire, d’autres présentent des caractéristiques d’activité récente avec la présence de volcans ou de cryovolcanisme. L’étude combinée de tous ces corps est de la plus haute importance afin de mieux appréhender les diverses étapes de la formation et de l’évolution du système solaire. Cette thèse est dédiée à la caractérisation physico-chimique des surfaces d’astéroïdes, de satellites glacés et d’objets transneptuniens observés à partir du sol terrestre. Pour réaliser cette étude, j’ai passé deux ans à l’ESO à Santiago du Chili et j’ai participé à des mesures spectroscopiques principalement en proche infrarouge à l’aide d’instruments (SINFONI, X-SHOOTER, NACO, SpeX, PHARO) installés dans les plus grands observatoires du monde (Very Large Telescope, Mauna Kea Observatory, Palomar Observatory). Une partie importante de ma thèse a été consacrée à l’analyse de données avec l’utilisation de procédures d’analyse de données propres aux instruments ou de programmes que j’ai spécialement développés. Les spectres obtenus ont été ensuite interprétés à l’aide d’un modèle de transfert radiatif pour en déduire la composition de surface de ces objets.

Mon travail sur les astéroïdes m’a tout d’abord permis d’obtenir un spectre du géocroiseur (175706) 1996 FG3, cible initiale de la mission de retour d’échantillons MarcoPolo-R, actuellement en compétition pour la sélection de l’ESA dans le cadre du Cosmic Vision 2015-2025. Ce spectre a permis de classifier 1996 FG3 comme un astéroïde primitif de type Xc. J’ai également observé un membre de la famille de Thémis, (62) Érato, dont le spectre présente des caractéristiques d’astéroïdes très primitifs de type B, et serait probablement un objet de transition entre les astéroïdes et les comètes. J’ai enfin obtenu les spectres de six astéroïdes troyens présentant des caractéristiques relativement similaires à ceux déjà observés, bien que leurs albédos soient très différents.

Concernant les satellites glacés, mes recherches m’ont apporté des données sur des lunes joviennes Europe et Ganymède, toutes deux cibles de la mission spatiale JUICE sélectionnée par l’ESA en 2012. Ces données ont une résolution spatiale de l’ordre de la centaine de km et une résolution spectrale 20 fois supérieure à celle de l’instrument NIMS de Galileo. Ces résultats m’ont permis de réaliser une cartographie de la surface d’Europe et donc de localiser les régions plus ou moins hydratées de cette lune. La même étude a été réalisée pour Ganymède, mais la cartographie a été réduite à la moitié de sa surface. Une grande partie de mon travail a consisté à analyser des données de Miranda, satellite d’Uranus. Cette étude montre que la glace d’eau est cristalline dans la majorité de sa surface. J’ai pu étudier en particulier les régions non observées par Voyager 2. Les modèles de réflectance incluant l’ammoniac sont en meilleure corrélation avec les données d’observations que les modèles sans NH3. J’ai également constaté l’absence de bandes d’absorption de la glace de CO2 à la surface de Miranda, contrairement aux lunes voisines Ariel, Umbriel et Titania qui possèdent toutes du dioxyde de carbone glacé. J’ai enfin obtenu des données sur Protée, deuxième plus gros satellite de Neptune : son spectre plutôt rouge ne présente pas de trace d’éléments glacés à sa surface. Cette dernière est en effet probablement altérée par l’environnement interplanétaire ("space weathering").

J’ai par la suite obtenu des résultats sur trois objets transneptuniens dont deux planètes naines. Tout d’abord, l’étude des bandes d’absorption de CH4 sur les spectres de Éris montre que celui-ci présenterait plus de méthane pur que Pluton et qu’une partie de cette substance serait également diluée dans du diazote. L’objet 2007 JJ43 ne présente aucune caractéristique d’éléments glacés à sa surface mais plutôt un spectre assez rouge. Enfin, par l’étude détaillée des spectres de la planète naine Hauméa, j’ai pu comparer et analyser ses différentes régions, notamment celle de la tache rouge et sombre. Je n’ai pas découvert de différences spectrales significatives, la glace d’eau cristalline dominant en effet toute la surface. Toutefois, l’étude de certains paramètres tels que la pente obtenue ou les aires des bandes d’absorption apporte de nouvelles informations sur la composition de surface. J’ai par ailleurs utilisé ces images hyperspectrales afin de faire une étude astrométrique des satellites de Hauméa (Hi’iaka et Namaka). Ces observations montrent qu’un simple modèle dynamique képlérien suffirait à modéliser la révolution des satellites autour de Haumea.

J’ai enfin effectué un séjour à l’IPAG (Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble). Dans ce cadre, j’ai réalisé en laboratoire une série d’expériences sur la glace de méthanol à basse pression en utilisant un cryostat avec une mise en dépôt liquide dans une cellule. En faisant varier la température, j’ai pu obtenir de nouveaux spectres en absorbance dans le domaine proche infrarouge. Ces résultats rendent donc possible l’utilisation de modèles de réflectance plus détaillés pour les objets du système solaire contenant du méthanol.

La connaissance de la composition de surface de tous ces petits corps et satellites permet d’avoir une vision globale du matériau présent dans notre système solaire. Durant ma thèse, je me suis concentré sur l’étude et la répartition en éléments volatiles en particulier sur la présence d’eau, très importante pour l’origine de la vie sur Terre.