Etude et validation d'un spectromètre gamma pour la mesure de la composition chimique des surfaces planétaires : application à une mission vers Mercure

Study and validation of a gamma-ray spectrometer for the remote analysis of the chemical composition of planetary surfaces : application to a mission to the planet Mercury

• Auteur / Autrice : Benoît Pirard
• Direction : Claude d' Uston de Villereglan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation spatiale et planétologie
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Germanium

Étoiles -- Composition chimique

Planètes -- Surfaces

Spectrométrie gamma

Spectroscopie astronomique

Télédétection en sciences de la Terre

Mots clés libres

Spectroscopie gamma

Planétologie

Instrumentation spatiale

Germanium

HPGe

Résumé

Ces travaux de thèse traitent de l'étude et de la validation d'un spectromètre gamma pour la mesure de la composition chimique des surfaces planétaires et ont été appliqués à la préparation d'une mission vers la planète Mercure. Ils ont permis de caractériser les performances d'un concept d'instrument basé sur un cristal de germanium ultra-pur (HPGe) refroidi activement à température cryogénique. Deux aspects critiques ont été particulièrement étudiés en liaison avec l'environnement extrême rencontré dans le Système Solaire interne. D'abord une caractérisation expérimentale et numérique des dommages radiatifs causés par les particules solaires dans les cristaux de germanium a été réalisée et a conduit à établir une procédure de récupération des performances. D'autre part, un modèle thermique numérique de l'instrument ainsi que des essais sur une maquette thermique ont été réalisés et valident le concept thermique de l'instrument.

This PhD thesis deals with the design of a gamma-ray spectrometer for the remote analysis of the chemical composition of planetary surfaces and was performed in the frame of a mission scenario to explore the planet Mercury. The research studies consisted first in characterizing the detection performances of a gamma-ray spectrometer using a high-purity germanium crystal cooled actively at cryogenic temperatures. Therafter the studies dealt with the critical issues addressed for the use of such a detector onboard a mission to the inner solar system. The radiation damage caused by solar protons in germanium crystals was investigated by experimental and numerical means. Finally, a numerical thermal model of the instrument as well as some tests on a thermal mockup were performed to validate the thermal design of the instrument.