Étude expérimentale de l'atmosphère et des aérosols de Pluton

par Lora Jovanovic

Projet de thèse en Structure et évolution de la terre et des autres planètes

Sous la direction de Nathalie Carrasco et de Thomas Gautier.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec LATMOS - Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (laboratoire) , IMPEC (equipe de recherche) et de Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2018 .


  • Résumé

    La sonde New Horizons de la NASA a récemment effectué le premier survol de Pluton le 14 Juillet 2015. Les données collectées par New Horizons ont confirmé la présence de couches d'aérosols sur plusieurs centaines de kilomètres dans l'atmosphère ténue de Pluton (Gladstone et al., 2016), précédemment suspectée grâce à des observations depuis la Terre. La sonde New Horizons a également fourni des informations sur la composition (principalement de l'azote avec quelques pourcents de méthane et 500 ppm de monoxyde de carbone), la pression (quelques dixièmes de Pascal à la surface) et la température (~70 K à 500 km d'altitude) de l'atmosphère de Pluton. Comme toute mission de survol, les données de New Horizons ont fourni des informations inestimables, mais ont également soulevé de nombreuses questions sur l'atmosphère de Pluton. Parmi ces questions, la formation des aérosols et leur impact sur l'atmosphère reste à ce jour méconnus. Le sujet de thèse proposé s'attachera à améliorer notre connaissance des aérosols de Pluton, de leur formation à leur impact sur l'atmosphère. Ces aérosols sont probablement induits par des réactions photochimiques se produisant à hautes altitudes (>400 km) d'une manière similaire à ce qui se passe dans l'atmosphère de Titan, satellite de Saturne, aussi principalement composée d'azote et de méthane, mais les voies réactionnelles menant à leur formation sont aujourd'hui inconnues. Un des objectifs de cette thèse sera donc de mieux contraindre les mécanismes de formation des aérosols en étudiant à la fois la chimie gazeuse menant à leur création et leur composition chimique. Ces aérosols peuvent également avoir un effet dramatique sur l'atmosphère, soit en impactant directement le bilan radiatif de l'atmosphère, soit en servant de noyau de condensation pour les composés volatils dans la basse atmosphère (Lavvas et al., DPS2016). Le second objectif scientifique de la thèse sera donc de contraindre l'impact exact des aérosols sur l'atmosphère de Pluton. Une question d'importance particulière sera d'étudier si les propriétés optiques de ces aérosols peuvent être une explication à l'atmosphère particulièrement, et de manière inattendue, froide de Pluton (Lellouch et al., 2017). Le sujet de thèse proposé ici étudiera à la fois les processus de formation des aérosols et leur impact atmosphérique. Pour ce faire, cette thèse implémentera pour la première fois une approche expérimentale dédiée à l'étude de la chimie atmosphérique et des aérosols de Pluton. Cette approche se basera sur l'utilisation d'une plateforme expérimentale, appelée PAMPRE, ayant été développée pour étudier la chimie atmosphérique de Titan et ayant fourni de nombreuses avancées sur l'étude des aérosols organiques dans le système solaire. Ce réacteur permet d'irradier dans un plasma un mélange de gaz représentant l'atmosphère étudiée de manière réaliste (Szopa et al., 2006), ce qui permet d'initier une chimie gazeuse complexe similaire à la chimie atmosphérique du corps étudié (Gautier et al., 2011, Fleury et al., 2014) et d'aboutir à la formation d'analogues d'aérosols planétaires, qui peuvent ensuite être étudiés en laboratoire pour en tirer, par exemple, leurs propriétés optiques (Gautier et al., 2012, Gavilan et al., 2017) ou leur composition (Gautier et al. 2014). Références : Cheng et al. Icarus 290, p. 112-133 (2017) Fleury et al., Icarus 238, 221-229 (2014) Gautier et al. Icarus 221, 320-327 (2012) Gautier et al. EPSL 404, p. 33-42 (2014) Gavilan et al. ApJL 848 (2017) Gladstone et al. Science 351, 6279 (2016) Lavvas et al. DPS2016 Meeting Abstract Lellouch et al. Icarus 286, 289-307 (2017) Szopa et al. Icarus 54, 394-404 (2006)

  • Titre traduit

    Experimental study of Pluto's atmosphere and aerosols


  • Résumé

    The NASA New Horizons probe flew by Pluto for the very first time on July 14th 2015. The data collected during the flyby confirmed the presence of aerosols at several hundred kilometers high in the atmosphere of Pluto. By analogy to Saturn's satellite Titan, due to their similar atmospheric composition, it seems likely that the aerosols observed at high altitudes in Pluto's atmosphere are by products of a complex, and largely unknown, atmospheric chemistry. The topic of this PhD. will be on the study of the formation and of the properties of these photochemical aerosols by using an experimental approach. This approach would build upon tools developed, and used with success for many years, for the study of Titan's photochemical aerosols.