Étude expérimentale des signatures spectrales infrarouges des glaces d'eau et de dioxyde de carbone : applications aux satellites de glace

par Cécile Taffin

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l'univers. Planétologie

Sous la direction de Olivier Grasset et de Stéphane Le Mouëlic.


  • Résumé

    La signature infrarouge de la glace d'eau est dépendante de la température (T), et de la taille de grains (D), mais l’influence respective de ces deux facteurs sur les critères spectraux est difficile à évaluer. Dans ce travail, les caractéristiques spectrales de la glace d'eau ont été étudiées expérimentalement en fonction de D et T entre 80 et 140 K sous vide. Il apparaît que les paramètres des fonctions gaussiennes obtenues par ajustements des spectres expérimentaux ne sont pas représentatifs de T et D. Cependant, l'aire de la bande d'absorption à 1,5 μm est fortement corrélée à D et les aires réduites des bandes définies sur les domaines 1,24–1,34 μm et 1,49–1,69 μm permettent de contraindre l’influence de T et D sur les spectres. L’influence du dioxyde de carbone sur le spectre de la glace d'eau a été analysée avec des clathrates d’hydrates et des mélanges mécaniques de glaces d’eau et de CO2. Les absorptions du CO2 dans le mélange sont identiques à celles de la glace de CO2 pure mais différent dans les clathrates. Le spectre des clathrates de CO2 présente deux bandes d'absorption caractéristiques à 2,7 et 4,25 μm qui ne dépendent pas de T et D. Ce travail expérimental, appliqué aux données VIMS, permet de mieux contraindre les températures et tailles de grains du pôle Sud d’Encélade. De plus, les satellites joviens et saturniens ont été explorés pour déterminer l'état du CO2 présent à leur surface et ses interactions avec la glace d'eau. La bande d'absorption à 2,7 μm a été observée sur certaines régions, indiquant la présence éventuelle de clathrates de CO2 sur les lunes de glace

  • Titre traduit

    Experimental study of infrared spectral signatures of water and carbon dioxide ices : applications to icy satellites


  • Résumé

    Infrared signatures of water ice depend strongly on both temperature (T) and grain size (D). But the mutual dependence of spectral characteristics is poorly understood. Experimental studies have been conducted to better constrain IR reflectance of ices with respect to T and D. Water ice near-IR spectra have been acquired with controlled grain sizes, and temperatures ranging from 80 to 140 K in vacuum. Spectral characteristics based on Gaussian fits of experimental spectra cannot be used as T or D sensors. But a good indicator of the grain size is the 1. 5 μm absorption band area, which is almost independent on T. And, the two band areas at 1. 240 - 1. 344 μm and 1. 486 - 1. 691 μm, allow to retrieve the temperature from the near IR spectra. Experimental studies have been conducted to study the carbon dioxide influence on water ice IR spectra with both H2O – CO2 ices and H2O ice – clathrate hydrate mixtures. CO2 absorptions in the H2O – CO2 icy samples are similar to those of the pure CO2 ice. But, absorption are different when the CO2 is trapped into the clathrate structure. The 2. 7 and 4. 25 μm bands are characteristic of the CO2-clathrate hydrates. Studies on its spectral features have been conducted, but no T- or D- dependences have been detected. The scaling laws have been applied on VIMS spectra to retrieve the temperature and grain size distribution around the Tiger Stripes area, on Enceladus’ south pole. Studies are conducted on other Galilean and Saturnian satellites to understand the nature of the CO2 which is observed on many surfaces. The 2. 7-μm absorption band has been detected on few areas. Thus, the existence of CO2-clathrate hydrates on icy moons may be possible

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Informations

  • Détails : 1 vol. (503 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 449-503

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