Modelisation du transport de volatils a la surface des planetes et satellites glaces du systeme solaire : application a triton et pluton

par ABDEL-ILLAH BENCHKOURA

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace

Sous la direction de BERNARD SCHMITH.

Soutenue en 1996

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .

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  • Résumé

    Le but general de cette these est la modelisation numerique de l'evolution spatio-temporelle de la composition et de la temperature de la surface des satellites et planetes glaces, en particulier de triton et pluton. On expose tout d'abord l'etat actuel de nos connaissances concernant les surfaces de triton et pluton (nature, composition, temperature, albedos) et on etablit un bilan complet des modeles de transport de volatils a la surface de ces deux corps cryogeniques. En se basant sur ces derniers travaux on a, au depart, developpe un modele thermodynamique permettant d'etudier le transport de melanges volatils via la sublimation-recondensation. Dans ce formalisme general on a considere plusieurs sources/puits energetiques : energie solaire, rayonnement thermique de la surface, energie interne des volatils, flux geothermique, diffusion thermique dans le substrat (partie non volatile), energie de transition de certains solides volatils et chaleur latente de sublimation. Schematiquement, la solution volatile solide est supposee ideale et les taux de sublimation sont proportionnels aux pressions partielles. L'hypothese d'homogeneisation est toujours appliques aussi bien dans la phase gazeuse que dans la phase solide, ce qui est equivalent a une diffusion importante des constituants. Les bilans energetiques locaux ont ete traites rigoureusement en definissant deux fonctions, les fonctions de recouvrement et de condensation, ainsi qu'un coefficient predicteur (sublimation partielle ou totale), et en utilisant des methodes numeriques adequates, en particulier pour la conduction thermique. En effet on a utilise une methode stable dans le cas du substrat et la methode de haltiner dans la couche volatile. Le bilan energetique global donnant la temperature de la glace volatile ete calcule precisement en integrant analytiquement le flux solaire diurnement moyenne sur les bandes latitudinales. Le modele a ete ensuite applique a triton, pour lequel on a considere les melanges volatils binaires et notamment le melange volatil ch#4-n#2. On a tout d'abord teste l'effet des differents parametres inclus dans notre modele : albedos effectifs de la solution volatile et du substrat, fraction molaire de ch#4, quantite totale de volatils. On a aussi etudie l'impact des mecanismes physiques : flux geothermique, conduction dans le substrat, transition de phase. Cette simulation numerique a mis en evidence un phenomene nouveau qui est la differenciation chimique azote-methane lors de la sublimation du melange, un processus qu'on a aussi etudie experimentalement par spectroscopie infrarouge. Les premiers resultats experimentaux sont en accord avec les predictions numeriques. Dans le cas de triton, le modele permet de reproduire les contraintes observationnelles sur la temperature de surface et la distribution des volatils fournis par la sonde spatiale voyager 2, mais en emettant une hypothese originale d'etat stationnaire remettant certains modeles dynamiques en question. Un autre point original de la simulation est l'etude de la distribution geographique des zones ou le methane pur se trouvant a une temperature superieure a celle de la solution volatile solide. Dans la derniere etape le modele est applique a pluton, et plusieurs scenarios plausibles de distributions des volatils sont analyses.

  • Titre traduit

    Modeling volatile transport on the surface of icy planets and satellites : application to triton and pluto


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Informations

  • Détails : 326 P.
  • Annexes : 184 REF.

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  • Cote : MMf.TBenchkoura
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