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Accueil > Recherche > Équipe Spectroscopie - Planétologie - Atmosphères - Clathrates - Environnement > Présentation des thématiques de recherche

Dynamique et Physico-chimie des petits corps du système solaire

Chercheurs : A. Guilbert-Lepoutre, J.-M. Petit, P. Rousselot

Dans cette thématique, l’équipe SPACE étudie les caractéristiques physico-chimiques et dynamiques des petits corps du système solaire et les utilise comme traceurs pour modéliser leur formation et leur évolution. Ces études se développent d’une part dans le cadre d’études dynamiques des objets de la ceinture de Kuiper et d’autre part dans le cadre d’observations / modélisations des propriétés physiques de ces mêmes objets ainsi que des comètes et des astéroïdes.

L’équipe est impliquée (responsabilité de la branche française du relevé, implication forte dans la Core Team, direction de deux Topic Teams) dans le Large program Outer Solar System Origin Survey (OSSOS), actuellement en train de se terminer avec le CFHT, pour lequel un important travail de traitement et d’interprétation des données est nécessaire. Nous modéliserons le façonnage in-situ de la ceinture de Kuiper froide lors de l’implantation des composantes chaudes en portant une attention particulière aux effets des diverses résonances et l’ordonnancement précis de leur migration, apportant ainsi des contraintes fortes sur l’évolution primordiale des planètes géantes. D’autres contraintes seront aussi déduites en comparant la distribution en taille observée et les résultats des modèles de formation et d’évolution collisionelle en fonction de diverses hypothèses sur le lieu de formation et le mécanisme de transport.

L’étude des comètes continue, sous différents aspects. Tout d’abord en effectuant leur analyse physico-chimique, via l’interprétation de spectres cométaires grâce à une collaboration avec des physiciens expérimentateurs et théoriciens (principalement axée sur l’analyse des rapports isotopiques, tels 14N/15N ou 16O/18O). L’étude des propriétés thermo-physiques des petits corps et de leur évolution est également développée, grâce à un modèle disponible au sein de l’équipe. Ces études ont pour objectifs de mieux contraindre l’origine de ces petits corps d’un point de vue physico-chimique, et de la confronter aux modèles dynamiques de la formation du système solaire.

Deux dossiers de demande ANR correspondant à ces thématiques (OSSOS et CoCoRIso), dont les coordinateurs sont membres de SPACE, ont été déposés ces dernières années.

Au cours du précédent contrat quinquennal (2012 - 2016 ; avec la contribution des anciens membres Daniel Cordier et Olivier Mousis) nous avons obtenu de nombreux résultats dans cette thématique, dont les plus marquants sont les suivants.
* Une collaboration avec l’observatoire de Kiev, financée par un programme Hubert Curien "Dnipro", a permis de mener un programme régulier de suivi de comètes à grandes distances héliocentriques. Deux objets ont été analysés de plus près : C/2002 VQ94 (LINEAR) et C/2006 S3 (LONEOS). Pour le premier un résultat important a été la détection d’une raie d’émission du N2+ , car le N2 est un élément attendu dans les comètes mais encore jamais détecté de façon claire.
* Grâce au Canada-France Ecliptic Plane Survey (CFEPS), un grand relevé des objets transneptuniens (OTN), nous avons pu montrer la présence de 2 composantes dans la population à faible inclinaison : un noyau concentré autour de 44 UA et une composante excitée en excentricité, et aussi que les rapports des populations résonantes sont incompatibles avec tous les modèles actuels de formation
du système solaire externe. Pour mieux connaître les OTN et contraindre les modèles, nous avons établi la collaboration OSSOS, réunissant des scientifiques de 10 pays, et obtenu un Large Programme de 560 h sur 4 ans au télescope Franco-Canadien de Hawaii (CFHT, février 2013 – janvier 2017). Les premiers résultats ont confirmé les grands traits de la structure de la ceinture classique obtenue par CFEPS et mis en évidence certaines caractéristiques mal étudiées jusqu’à maintenant comme le plan de la ceinture de Kuiper.
* En réponse à l’appel d’offre M4 de l’ESA, nous avons porté une proposition de sonde de rentrée dans l’atmosphère de Saturne. Ce projet international, HERA, vise à effectuer des mesures in-situ dans l’atmosphère de Saturne jusqu’à une pression de 10 à 20 bars pour contraindre son origine et améliorer notre compréhension des processus en jeu dans son atmosphère.
* Sous la direction conjointe de deux membres de l’équipe, notre étudiant Mr M. Ali Dib a développé un modèle de transport et distribution des éléments chimiques volatiles dans les disques protoplanétaires et a montré que le rapport C/O dépend de la distance à l’étoile, expliquant les observations récentes d’une exoplanète plus riche en C que son étoile hôte. Une évolution du modèle explique la composition en N 2 et CO des planètes géantes Uranus et Neptune, et précise leur zone de formation, ce qui a donné lieu à un communiqué de presse INSU.
* Grâce à la mission Cassini-Huygens dans le système de Saturne, il a été détecté la présence de phases liquides à la surface de Titan. Un modèle thermodynamique de ces systèmes a été développé dans notre équipe. En collaboration avec l’Université d’Arkansas, un autre modèle a été développé spécifiquement pour les expériences de lacs d’hydrocarbures "in vitro" qui y sont menées. Les résultats obtenus montrent qu’Ontario Lacus pourrait être un "paléo-lac", de ce fait riche en éthane. De façon concomitante une composition et une structure des dépôts vaporitiques observés à la surface de Titan ont été proposées.