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Thèse soutenue

Modélisation multidimensionnelle du comportement thermodynamique des noyaux de comètes

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Auteur / Autrice : Achim Enzian
Direction : Jürgen Klinger
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Géophysique et géochimie
Date : Soutenance en 1997
Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Résumé

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L'objet de cette these est de contribuer au developpement d'un modele numerique de noyau de comete permettant de mieux comprendre la formation du systeme solaire et son evolution, ainsi que de fournir des informations importantes aux ingenieurs charges des missions spatiales. Le noyau de comete est considere comme une matrice poreuse de glaces (h#2o, co) et de poussieres, formee par accretion de grains de taille micrometrique d'origine interstellaire. Le modele tient compte de la diffusion de chaleur et des gaz, de la sublimation/recondensation ainsi que de la cristallisation de la glace d'eau amorphe a l'interieur du noyau. La cristallisation de la glace est decrite par une loi d'activation. Lors de cette transition exothermique les gaz pieges par la phase solide sont relaches. Ce travail se distingue des modeles precedents par une resolution bidimensionnelle des equations de diffusion dans les directions radiale et latitudinale, une theorie plus generale de la diffusion d'un gaz binaire dans un milieu poreux, et une parametrisation de l'ejection de grains de la surface contrainte par l'observation. Une solution tridimensionnelle est calculee explicitement en fonction de l'angle horaire. Les equations de diffusion comprennent des termes sources, representant les reactions physico-chimiques, et elles sont resolues par un algorithme de differences finies, parallelise. Le modele est applique aux etudes des cometes 29p/schwassmann-wachmann 1. C/1995 o1 (hale-bopp), et 1p/halley. Une attention particuliere a ete attribuee a la transition de phase amorphe-cristalline. Les resultats de la modelisation sont compares avec les observations dans les domaines millimetrique et visible. Le meilleur accord entre simulation et observation a ete obtenu dans le cas d'un melange contenant de la glace d'eau amorphe. Il a ete possible de montrer que la cristallisation de la glace d'eau amorphe, couplee avec un processus de diffusion, peut introduire un comportement erratique de l'activite cometaire. Ce comportement est observe pour la comete 29p/schwassmann-wachmann 1. La chaleur latente liberee lors de cette transition de phase represente une source d'energie suffisante pour expliquer des taux de production importants a grande distance heliocentrique tels qu'ils sont observes pour la comete hale-bopp. On montre de maniere quantitative que les taux de production d'eau, mesures dans le coma de la comete 1p/halley, sont en bon accord avec une surface en regime de sublimation libre. En conclusion, le modele d'un corps poreux de faible densite, compose de glace d'eau et d'autres especes volatiles telles que le monoxyde de carbone, ainsi que d'une phase refractaire, est compatible avec les observations actuelles des cometes