Un nouveau regard sur la Structure interne et l'évolution des planètes géantes solaires et extrasolaires

A new vision on (Extrasolar) Giant Planets Internal Structure and Evolution

• Auteur / Autrice : Jérémy Leconte
• Direction : Gilles Chabrier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Astrophysique
• Date : Soutenance le 05/10/2011
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Mayor
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Chabrier, Michel Mayor, Jean-Paul Zahn, Yann Alibert, Isabelle Baraffe, Franck Selsis
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Paul Zahn, Yann Alibert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Planètes

Saturne (planète)

Jupiter (planète)

Convection (astrophysique)

Marées

Orbites

Système solaire

Exoplanètes

Mots clés libres

Planètes

Planètes Evolution

Exoplanètes

Système solaire

Orbite

Marées

Convection (astronomie)

Jupiter planète

Saturne planète

Planets

Planets Evolution

Extrasolar planets

Solar system

Orbits

Tides

Convection (Astrophysics)

Jupiter (Planet)

Saturn (Planet)

Résumé

La détection et la caractérisation d'exoplanètes apparaissent clairement comme des thèmes centraux de l'observation astronomique pour les années à venir. Les projets spatiaux ou au sol sont nombreux (HARPS, CoRoT, Kepler, JWST, SPHERE...), mais les études théoriques visant à l'analyse et à la compréhension des données recueillies et à venir sont nécessaires. Durant cette thèse j'ai étudié divers processus physiques affectant la structure interne et l'évolution des planètes géantes, aussi bien au sein, qu'à l'extérieur de notre système solaire. J'ai notamment modélisé en détail: -L'impact de l'irradiation intense émise par l'étoile sur l'atmosphère d'une planète à faible distance orbitale, et l'effet induit sur l'évolution interne de cette planète. -Le couplage par dissipation de marée de l'évolution orbitale et thermique d'une planète interagissant avec sa proche étoile parente. -L'effet de la déformation due aux marées sur les paramètres observables d'une planète en transit grâce au suivi photométrique de son passage devant l'étoile. -L'incidence sur la structure et l'évolution d'une diminution de l'efficacité du transport de chaleur par convection due à un gradient d'éléments lourd dans l'enveloppe gazeuse d'une planète géante, conduisant au phénomène de convection double-diffusive. A travers l'étude des ces divers processus, j'ai développé différents modèles analytiques et codes numériques qui sont à la fois flexibles et robustes, et qui permettent maintenant d'étudier certaines propriétés des nouveaux objets substellaires détectés à mesure qu'ils sont découverts.

The detection and characterization of extrasolar planets clearly appears as one of the main goals of observational astronomy for the coming years. Space and ground project are numerous, but theoretical studies aimed at analyzing and understanding available and future data are needed. During this thesis, I study various physical processes affecting the internal structure and evolution of both solar, and extrasolar giant planets. In particular I investigate : -the impact of the intense stellar irradiation received by a close in planet on its subsequent internal evolution. This allows me to quantify the radius anomaly of bloated Hot Jupiters and to constrain their internal composition. -the tidal and centrifugal distortion of a fluid planet. By using both analytical and numerical models, I show how non-sphericity of the planet affects transit measurements, yielding an underestimation of its radius. -how the presence of double-diffusive convection caused by a heavy elements gradient in the gaseous envelope of a planet can decrease the efficiency of its internal heat transport, and affect its structure and evolution. -the coupling between the orbital and the thermal evolution of a planet arising from the strong star-planet tidal interaction. Subsequently, I find that tidal heating alone is not a viable explanation for the observed radius anomaly of transiting planets. Through these different studies, I developed various analytical models and numerical codes that are both flexible and robust, and which now allow one to study the properties of new extrasolar planets and brown dwarfs as they are discovered.