Modélisation de la dynamique atmosphérique de Jupiter

Modelling of the Jupiter's atmospheric dynamics

• Auteur / Autrice : Alexandre Boissinot
• Direction : Aymeric Spiga, Sandrine Guerlet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Planétologie
• Date : Soutenance le 12/02/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de météorologie dynamique (Palaiseau ; 1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Fouchet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Rio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Selsis, Tristan Guillot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Convection (météorologie)

Troposphère

Jupiter (planète) -- Atmosphère

Mots clés libres

Jupiter

Atmosphère

Modélisation

Dynamique

Courants-jets

Convection

Super-rotation

Instabilités

Jupiter

Atmosphere

Numerical modellling

Dynamics

Alternated jets

Convection

Super-rotation

Instabilities

Résumé

Jupiter possède une atmosphère extrêmement dynamique caractérisée par des courants-jets alternés, une activité convective intense et un jet équatorial en super-rotation : autant de phénomènes dont les mécanismes de formation restent mal connus. Dans cette thèse nous cherchons à mieux cerner ces mécanismes grâce à la modélisation numérique de la couche météorologique de Jupiter. Pour cela nous utilisons le modèle global de climat DYNAMICO-giant qui a permis pour la première fois de simuler l'écoulement atmosphérique à haute résolution spatiale tout en le forçant avec un transfert radiatif réaliste. Afin d'enrichir la représentation des forçages de l'écoulement dans notre modèle, nous avons adapté le ''modèle du thermique'', une paramétrisation terrestre de la convection humide, au cas de Jupiter. Nos simulations reproduisent alors spontanément des caractéristiques essentielles de l'atmosphère de Jupiter y compris des jets alternés, un écoulement zonostrophique et une cascade inverse d'énergie traduisant le forçage des jets par la turbulence de moyenne échelle. En revanche, la simulation d'un jet équatorial en super-rotation n'est pas systématique et semble nécessiter la présence d'une activité convective suffisamment humide. Les résultats optimaux sont obtenus pour une abondance atmosphérique en eau de Jupiter proche de celle mesurée récemment par la mission Juno.

The extremely dynamic atmosphere of Jupiter is characterised by alternated jets, a strong convective activity and an equatorial super-rotation whose formation mechanisms are poorly understood. In this thesis, we adopt a numerical modelling approach of the jovian weather layer to investigate those formation mechanisms. We use the global climate model DYNAMICO-giant which allows for simulating the atmospheric flow at high resolution with a realistic radiative transfer. In order to improve our model by way of more realistic forcings of the flow, we adapted the ''thermal plume model'', a terrestrial parametrization of the moist convection, to Jupiter's atmosphere. Thus our simulations recreate spontaneously some of the most essential features of the jovian atmosphere such as alternated jets, the zonostrophic regime of the flow and an inverse cascade of energy which shows jets forcing by the mesoscale turbulence. On the other hand, an equatorial superrotation is not systematically reproduced and seems to require a sufficiently high water atmospheric abundance. Optimal results are obtained for a jovian atmospheric abundance of water close to the one which was measured by the Juno mission.