Modélisation numérique des variations saisonnières de l'atmosphère de Titan

Numerical modelling of the seasonal variations in Titan's atmosphere

• Auteur / Autrice : Jan Vatant d'Ollone
• Direction : Sébastien Lebonnois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Planétologie
• Date : Soutenance le 31/01/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de météorologie dynamique (Palaiseau, Essonne ; 1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Hourdin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Vinatier, Juan Lora
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Selsis, Sarah Hörst

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert radiatif

Variations saisonnières

Titan (satellite de Saturne) -- Atmosphère

Mots clés libres

Titan

Simulations numériques

Transfert radiatif

Variations saisonnières

Modélisation climatique

Circulation générale

Titan

Numerical modelling

Seasonal vatiations

Résumé

Cette thèse porte sur l'étude de l'atmosphère de Titan et ses variations saisonnières, avec un modèle de climat global (GCM). La longévité de la mission Cassini-Huygens ayant permis de cartographier l'atmosphère pendant une demi-année titanienne, de nombreux phénomènes saisonniers ont été mis en évidence, concernant l'évolution de la température dans les régions stratosphériques polaires, le rôle des composés traces, ou les nuages polaires à haute altitude. Une compréhension de ces mécanismes passe par le biais d'outils comme les GCM. Le GCM Titan de l'IPSL existant avant ces travaux ne permettant pas d'aborder correctement ces problèmes, car souffrant d'une mauvaise représentation de la température dans la stratosphère, on met en place un nouveau transfert radiatif. Cette refonte s'étend à l'ensemble des couplages avec les modules photochimiques et microphysiques. On développe notamment une méthode pour prendre en compte les variations d'opacité des composés traces induites par les changements saisonniers - méthode potentiellement applicable à d'autres objets. Le modèle microphysique existant ayant de nombreuses limitations, on en implémente un nouveau. Des simulations entièrement couplées dynamique-physique-photochimie-microphysique peuvent ainsi être réalisées. Avec celles-ci on étudie l'influence des couplages sur la structure thermique et la dynamique atmosphérique. Une attention particulière est portée sur les régions polaires stratosphériques, où les mécanismes œuvrant dans le renversement de la circulation sont comparés aux observations de Cassini. Enfin, l'évolution saisonnière des composés est discutée et le rôle des couplages est analysé.

This thesis focuses on the study of Titan's atmosphere ans its seasonal variations, with a Global Climate Model (GCM). The longevity of the Cassini-Huygens mission having made it possible to map the atmosphere for half a Titan-year, many seasonal phenomena have been highlighted, concerning the evolution of temperature in the polar stratospheric regions, the role of trace compounds, or the polar clouds at high altitude. A global understanding of these mechanisms is achieved through tools such as GCMs. As the IPSL Titan GCM preexisting before this thesis did not satisfactorily address these problems, as it suffered from a poor representation of the temperature in the stratosphere, we set up a new radiative transfer scheme. This revision extends to the entire coupling with photochemical and microphysical modules. A method is developed to take into account the opacities variations of trace compounds induced by seasonal changes. Since the preexisting microphysical model has many limitations, a new one is being implemented. Fully coupled dynamic-physical-photochemical-microphysical simulations can thus be performed. They enable the study of the influence of the couplings on the thermal structure and atmospheric dynamics. Sepcial attention is brought to bear on the stratospheric polar regions where the mechanisms at work in the circulation reversal are compared to Cassini data. Finally, the seasonal evolution of the compounds is discussed and the role of couplings is analyzed.