LESIA - Observatoire de Paris

Soutenance de thèse de Clément Feller le mercredi 27 septembre 2017

mardi 19 septembre 2017

La soutenance de thèse aura lieu le mercredi 27 septembre 2017 à 14h30 dans l’amphithéâtre Evry Schatzman sur le site de Meudon.

Titre de la thèse

"Caractérisation des propriétés physiques du noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko à l’aide de l’instrument OSIRIS de la mission ROSETTA"

Directrice de thèse

Sonia FORNASIER (pôle planétologie)

Résumé

Au-delà de Neptune, les petits corps du système solaire se trouvent dans un environnement préservant le matériel primordial dont ils sont formés. Aussi, la caractérisation de la structure, l’aspect et la composition d’objets tels que les comètes révèle des informations vitales sur les processus de formation et évolutions qu’ils ont subis. Les petits corps du système solaire externe n’ont connus qu’un léger retraitement thermique et collisionnel, préservant ainsi des indices vitaux de l’histoire du système solaire primitif et permettant de contraindre ses propriétés. En conséquence, l’objectif de la mission ROSETTA de l’ESA était d’effectuer la première étude approfondie d’une comète (67P/Churyumov-Gerasimenko), en la suivant, l’observant et mesurant l’évolution de son activité sur les trois quarts de son orbite. La mission constituait la pierre d’angle de l’étude des petits corps du système solaire de l’ESA.

L’objectif de cette thèse fut de déterminer les propriétés photométriques et spectrales, dans le visible, de la surface de la comète en utilisant les images de l’instrument OSIRIS. À cet effet, j’ai développé une approche pour préparer et analyser les données OSIRIS : j’ai utilisé et développé des méthodes existantes pour projeter les images calibrées sur des modèles 3D de la comète, j’ai crée et utilisé des codes pour calculer les géométries d’observations et simulé les images à partir d’éphémérides de la comète et de Rosetta, j’ai implémenté des modèles photométrique afin de déterminer les paramètres donnant le meilleur ajustement aux données. À l’aide de ces outils, j’ai analysé des jeux d’images d’OSIRIS lors de trois manœuvres de survols effectuées en Août 2014, Février 2015 et en Avril 2016. Durant ces trois manœuvres, la surface fut cartographiée avec une résolution métrique et centimétrique, ainsi que sous de nombreuses angles de vue. J’ai aussi analysé des images prises au cours de la mission afin d’étudier certaines particularités de la surface et d’observer leur évolution temporelle.

L’ajustement des jeux de données avec le modèle photométrique de Hapke indique que le noyau a une surface très sombre (un albédo de 4.2\% à 650 nm), qu’elle diffuse la lumière plus vers la source plus que l’observateur, qu’elle est extrêmement poreuse (à plus de 80\%), et que sa réflectivité augmente légèrement de manière non-linéaire, de manière explicable par la disparition des ombres. Outre la nature bi-lobale du noyau cométaire, les analyses de ces images ont montrée la présence d’hétérogénéités de morphologie, de couleurs et d’albédo sur des échelles hectométrique et décimétrique, confirmant ainsi les tendances globales mesurées par ROSETTA/OSIRIS et PHILAE/CIVA. Entre 250 nm et 1000 nm, le spectre du noyau ne présente pas de signatures spectrale. La pente du spectre en fonction de la longueur d’onde est strictement positive comme pour certains Centaures et des astéroïdes de type D. Trois types de surface ont été identifiés à l’aide de la pente spectrale. Les terrains et particularités avec les pentes les plus grandes semblent poussiéreuses et desséchées, alors que ceux avec les pentes les plus faibles sont associées avec la présence de matériel riche en glace d’eau. Les images OSIRIS ont également permis de mesurer pour la première fois le rougissement de phase d’un noyau cométaire : la variation de la pente spectral avec la géométrie d’observation. Les deux années de données ont également permis de déterminer que le rougissement de phase varie avec la distance héliocentrique, atteignant sa valeur la plus faible quand la comète est proche du périhélie. Tout comme l’observation de variations diurnes et de falaises fraîchement fracturées, ce résultat indique que sous la surface du noyau, se trouve du matériel riche en glace d’eau.