Caractérisation multi-longueurs d'onde d'IDPs et comparaison avec les corps primitifs du Système solaire

Multiwavelength characterization of IDPs and comparison to the primitive bodies of the Solar System

• Auteur / Autrice : Romain Maupin
• Direction : Zahia Djouadi, Rosario Brunetto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Soutenance le 03/11/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'astrophysique spatiale (Orsay, Essonne ; 1990-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Cécile Engrand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guy Libourel, Paolo Tanga, Lydie Bonal, Hugues Leroux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guy Libourel, Paolo Tanga

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie

Comètes

Astéroïdes

Poussière cosmique

Mots clés libres

Poussières cosmiques

Petits corps

Expériences en laboratoire

Spectroscopie

Cosmic dust

Small bodies

Laboratory experiments

Spectroscopy

Résumé

L'étude de la formation et de l'évolution de notre Système solaire se fait selon plusieurs approches : i/ l'analyse de matière extraterrestre primitive retrouvée sur Terre en laboratoire, telles que les IDPs (Interplanetary Dust Particles), les météorites et les micrométéorites provenant en grande majorité des surfaces primitives du Système solaire (astéroïdes, comètes). ii/ l'observation des objets du Système solaire (planètes, astéroïdes, comètes) et d'autres systèmes planétaires en formation. iii/ les missions spatiales qui effectuent sur ces corps des analyses in-situ (Rosetta, Hayabusa2, OSIRIS-REx) et des retours d'échantillons (Stardust, Hayabusa 1&2, OSIRIS-REx). Les analyses de laboratoire sur des matériaux extraterrestres récupérés sur Terre permettent d’obtenir des informations très précises sur la chimie et les assemblages de la matière extraterrestre à différentes échelles. Cependant, pour replacer ces analyses dans un contexte astrophysique il est nécessaire d’identifier le corps parent de l’objet analysé (astéroïde ou comète). Ce lien n’est pas toujours évident à établir et peut se faire suivant différents critères, dont certains spectroscopiques (pentes, albédo, bandes d’absorptions) notamment dans la gamme du Vis-NIR (0,4 - 2,5 µm) souvent utilisée pour l’observation de ces corps. Les météorites constituent les objets les plus communément étudiés en laboratoire mais ne permettent pas aujourd’hui de représenter la diversité des petits corps du Système solaire. Les IDPs représentent une grande quantité de la matière extraterrestre accrétée chaque année par la Terre et sont étudiés en laboratoire depuis 1981. Mais peu d’études ont tenté jusqu’à présent de faire le lien entre les IDPs et les surfaces primitives du Système solaire avec des mesures de réflectances Vis-NIR. Dans ce contexte, nous avons analysé 15 IDPs fournis par la NASA. Après avoir développé un dispositif de mesure de réflectance Vis-NIR (0,45 - 1,0 µm) en salle blanche, un protocole de mesure a été mis en place pour obtenir le spectre de réflectance d’un grain isolé de taille micrométrique et un spectre Vis-NIR de chaque IDP a été obtenu. Ces mêmes IDPs ont été ensuite analysés en IR au synchrotron SOLEIL et en Raman permettant une analyse multi-longueur d’onde de ces échantillons. Les analyses IR et Raman permettent d’obtenir des informations précises sur la chimie (minéraux et organiques) des IDPs et de la matière extraterrestre en général. Tandis que la gamme du Visible permet une comparaison avec les spectres observationnels des surfaces primitives du Système solaire. Pour la première fois nous avons fait le lien entre un IDP hydraté et les astéroïdes de types Ch/Cgh. Les données IR pourront être également utilisées pour l'interprétation des données d’observation qui seront fournies par le futur télescope JWST (instrument MIRI) qui sera lancé en novembre 2021 et qui sondera la poussière dans les disques protoplanétaires et dans le milieu interstellaire et qui apportera de nouvelles observations des petits corps du Système solaire.

The formation and evolution of our Solar System is studied according to several approaches: i/ the analysis of primitive extraterrestrial matter found on Earth in the laboratory, such as IDPs (Interplanetary Dust Particles), meteorites and micrometeorites coming mostly from primitive surfaces of the Solar System (asteroids, comets). ii/ the observation of objects in the Solar System (planets, asteroids, comets) and other planetary systems in formation. iii/ space missions which carry out in-situ analyzes on these small bodies (Rosetta, Hayabusa2, OSIRIS-REx) and sample returns (Stardust, Hayabusa 1 & 2, OSIRIS-REx). Laboratory analyzes of extraterrestrial materials retrieved on Earth provide very precise information on the chemistry and assemblages of extraterrestrial matter at different scales. However, to place these analyzes in an astrophysical context it is necessary to identify the parent body of the analyzed object (asteroid or comet). This link is not always easy to establish and can be made according to different criteria, including spectroscopic ones (slopes, albedo, absorption bands) especially in the Vis-NIR range (0.4 - 2.5 µm) often used for the observation of these bodies. Meteorites are the most commonly studied objects in the laboratory, but today they cannot represent the diversity of small bodies in the Solar System. IDPs represent a large amount of extraterrestrial matter accreted each year by Earth, they are studied in the laboratory since 1981. But few studies have so far attempted to link IDPs to the primitive surfaces of the Solar System with Vis-NIR reflectance measurements. In this context, we analyzed 15 IDPs provided by NASA. After setting up a Vis-NIR reflectance measurement device (0.45 - 1.0 µm) in a clean room, a measurement protocol was established to acquire the reflectance spectrum of an isolated micrometric grain, we thus obtained a Vis-NIR spectrum for each IDP, these same IDPs were then analyzed by IR microscopy at the SOLEIL synchrotron and by Raman allowing a multi-wavelength analysis of these samples. IR and Raman analyzes provide precise information on the chemistry (mineral and organic) of IDPs and extraterrestrial material in general, while the Visible range allows a comparison with the observational spectra of the primitive surfaces of the Solar System. For the first time we established a link between a hydrated IDP and Ch/Cgh type asteroids. The obtained IR data in this work, could also be used for the interpretation of the observational data which will be provided by the future JWST telescope (MIRI instrument) which will be launched in November 2021 and which will probe the dust in the protoplanetary disks and in the interstellar medium and which will bring new observations of small bodies in the Solar System.