Nouveaux regards sur l'origine et l'évolution des anneaux planétaires : application aux anneaux de Saturne

New perspectives on the origin and evolution of planetary rings : application to Saturn's rings

• Auteur / Autrice : Julien Salmon
• Direction : André Brahic, Sébastien Charnoz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Viscosité

Système solaire -- Origines

Anneaux planétaires

Saturne (planète)

Résumé

Les anneaux de Saturne constituent le plus proche exemple d'un disque astrophysique à notre disposition. Bien que très différents au niveau de leur dimensions et de leur composition, leur étude pourrait nous permettre de mieux comprendre l'évolution d'autres disques, plus difficiles à observer en détails. Néanmoins, et ce malgré plus de 400 ans d'études, les anneaux de Saturne recèlent encore bien des mystères. En particulier, la question de leur âge n'est toujours pas complètement résolue. Les scénarios de leur formation suggèrent que leur origine est contemporaine de la formation du Système Solaire, mais plusieurs résultats théoriques et observationnels concluent que les anneaux ne seraient vieux que de quelques centaines de millions d'années. Dans une première partie, je présente les scénarios les plus communément admis pour la formation des anneaux de Saturne, et j'explique dans quelle mesure le Bombardement Massif Tardif pourrait être une époque favorable à la formation d'anneaux denses autour de Saturne. Puis je présente de nouveaux résultats sur la question latente de l'évolution visqueuse des anneaux, obtenus en implémentant un modèle de viscosité physiquement réaliste dans un code numérique simple permettant de simuler l'évolution de tout le système d'anneaux sur des échelles de temps de l'ordre du milliard d'années. Enfin, je montre comment le fait de permettre au matériau, des anneaux de s'accréter lorsqu'il est amené au-delà de la limite de Roche par l'étalement visqueux, résulte en la formation d'une population de petites lunes dont les propriétés ressemblent fortement aux petits satellites de Saturne situés très près des anneaux.

Although very different in terms of spatial scales and composition, Saturn's rings are the closest example of an astrophysical disk at our disposal, and their study could give us dues on other disks that are more difficult to observe in detail. However, despite more than 400 years of studies, Saturn's rings remain full of secrets. In particular, the subject of their age is still uncertain. While most accepted scenarios suggest that they were formed in the early ages of the Solar System, several observational and theoretical studies come to the conclusion that they must be about 100 million years old. During my PhD, I have focused on re-examining old questions regarding the origin and evolution of Saturn's rings, in the light of recent results about the formation of the solar System and the modelisation of planetary rings dynamics. In a first part, I present the most popular scenarios that have been proposed to explain the formation of Saturn's rings, and I explain how the Late Heavy Bombardment could be a "sweet moment" for the formation of a dense ring System around Saturn. Secondly, I bring new results on the old question of the viscous spreading of the rings, by introducing a physically realistic viscosity model, including in particular the effects of the disk's self-gravity, in a simple numerical code used to simulate the evolution of the whole disc on billion-year timescales. Finally, I present how allowing the accretion of ring material when it is brought through the Roche limit by viscous spreading can lead to the formation of a population of moonlets that closely resemble the actual population of small Saturn's satellites, orbiting close to the rings.