Interaction surface-atmosphère en planétologie comparée : application à la formation des dunes

• Auteur / Autrice : Erwan Reffet
• Direction : Marcello Fulchignoni, Sylvain Courrech du Pont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique et méthodes associées
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Titan (satellite de Saturne)

Mars (planète)

Dunes

Système solaire

Résumé

Dans ce manuscrit, nous nous intéressons aux interactions entre surface et atmosphère et plus spécifiquement à la formation de dunes dans le Système Solaire. Pour mener notre étude, nous procédons à des expériences en laboratoire qui reproduisent des dunes à l'échelle réduite et de manière contrôlée. Ces expériences sont accompagnées d'une étude par modélisation numérique. Ces deux outils nous permettent d'étudier la formation des dunes et d'en suivre l'évolution. En utilisant des régimes bimodaux et symétriques de vents, nous mettons en évidence le: domaines de formation de champs de dunes transverses et longitudinales. La transition se situe autour de 90° mais dépend de la période du régime de vents. Cette transition est décalée vers les faibles séparations angulaires pour les courtes périodes et s'accompagne d'un mûrissement plus rapide des structures longitudinales. Un travail sur les dunes isolées souligne la différence de stabilité entre structures transverses et longitudinales. Sous ces régimes bimodaux de vents l'évolution d'un tas de sable aboutit à une grande diversité de morphologies. Des barchanoïdes sont formées pour de faibles séparations angulaires. Pour un angle de 90° une dune en forme de ''châtaigne'' est modelée et une extension longitudinale se développe pour des angles plus importants soulignant le côté attracteur de la structure longitudinale pour ce domaine de régimes de vents. Enfin, nos résultats permettent d'utiliser les dunes pour contraindre les régimes de vent lorsque des mesures directes ne sont pas possibles. Ainsi, elles représentent une contrainte l'échelle globale sur Titan et nous donnent des informations locales à la surface de Mars.

In this manuscript, we look at the interaction between surface and atmosphere. More specifically, we deal with the formation of dunes in the Solar System. We use laboratory experiments to produce downsized dunes under controlled conditions and a numerical model completes this experimental approach. These tools allow to study the formation of dunes and to follow their evolution. We highlight the formation of transverse and longitudinal dune fields under symmetrical bimodal wind regimes. The transition between these two bedforms occurs around 90° but is shown to depend on the wind regime period. For short period the transition is shifted towards the small angular separations. This behavior goes with a more efficient coarsening of the longitudinal dune: fields. A work on solitary structures emphasizes the difference of long-term stability of transverse and longitudinal dunes. When the latter remain stable, the former are instable and break into barchanoids when the sand supply, or the quantity of sand available, is too low. Under these bimodal wind regimes, the evolution of a sand pile leads to a great variety of morphologies Barchanoids which shape dépends on the angle between the two winds are formed for small angular separation. For an angle of 90° a ''chestnut”-like dune is sculpted and a longitudinal extension develops for larger angular separations. The growth of this solitary longitudinal dune reemphasizes that the longitudinal morphology is an attractor in its domain of formation. Finally, our results are compared with dune observations and used to constrain wind regimes globally on Titan and locally on Mars.