Thèse soutenue

Estimation de l’abondance en hydrogène des astéroïdes (101955) Bennu et (162173) Ryugu, cibles des missions OSIRIS-REx et Hayabusa2, par l’analyse des données spectrales
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Auteur / Autrice : Alice Praet
Direction : Maria Antonietta Barucci
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
Date : Soutenance le 10/12/2021
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Meudon, Hauts-de-Seine ; 2002-....)
établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris (1667-....)
Jury : Président / Présidente : Daniel Hestroffer
Examinateurs / Examinatrices : Maria Antonietta Barucci, Pierre Vernazza, Hervé Cottin, Beth Ellen Clark Joseph, Pierre Beck
Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Vernazza, Hervé Cottin

Mots clés

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Résumé

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Durant ces dernières dizaines d’années, plusieurs missions spatiales ont étudié des astéroïdes, éléments fondamentaux de notre Système Solaire. Deux missions de retour d’échantillons d’astéroïdes sont en cours, les missions OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security–Regolith Explorer) (NASA) et Hayabusa2 (JAXA). Ces deux missions ont pour cibles des astéroïdes géocroiseurs primitifs (de faible albédo) : (101955) Bennu de type spectral B et (162173) Ryugu de type spectral C, respectivement. Hayabusa2 a délivré 5,4 g d’échantillons de la surface de Ryugu sur Terre le 5 Décembre 2020 (heure du Japon), tandis que les échantillons (d’environ 400 g) de la surface de Bennu collectés par OSIRIS-REx devraient d’atterrir sur Terre le 24 Septembre 2023. Grâce à l’étude détaillée de ces astéroïdes primitifs à l’échelle globale et régionale, ces deux missions spatiales ont pour but d’améliorer notre compréhension des premières étapes de la formation de notre Système Solaire, ainsi que les phénomènes de transport et de mélange de matière dans le disque protoplanétaire, tout particulièrement le transport de l’eau (minéraux hydratés) et des organiques que les astéroïdes ont pu apporter sur la Terre primitive. Parmi la vaste quantité de données collectées lors des phases d’orbite autour des l’astéroïdes, les spectres visible à proche infrarouge des spectromètres OVIRS (OSIRIS-REx Visible and InfraRed Spectrometer) et NIRS3 (Near Infrared Spectrometer) ont révélé l’omniprésence de phyllosilicates hydratés à la surface des astéroïdes. Au cours de ma thèse, j’ai eu la chance de participer et contribuer à ces deux missions spatiales. J’ai analysé les spectres spatialement résolus dans le visible à proche infrarouge des surfaces de Bennu et Ryugu et en particulier la bande d’absorption causée par les phyllosilicates hydratés, centrée autour de 2.74 μm et 2.72 μm respectivement. Mon but est d’estimer le conte nu en hydrogène des groupements eau (H2O) et hydroxyle (OH−) des phyllosilicates hydratés (ci-après dénommé contenu en H) à la surface de chacun des astéroïdes. J’ai utilisé plusieurs méthodes : NOPL (normalized optical path length) et ESPAT (effective single-particle absorption thickness), calculées sur la bande d’absorption des phyllosilicates hydratés des deux astéroïdes, ainsi que la modélisation par des fonctions gaussiennes de cette bande dans le cas de Bennu. J’ai comparé les valeurs des paramètres spectraux obtenus pour les astéroïdes avec ceux obtenus pour des météorites chondrites carbonées, dont le contenu en H a été mesuré indépendamment en laboratoire. Par ces comparaisons, j’ai obtenu une corrélation entre le contenu en H des météorites sélectionnées et leurs paramètres ESPAT et NOPL respectifs. J’ai ainsi pu estimer la valeur moyenne du contenu en H de la surface des deux astéroïdes ainsi que ses variations relatives.L’estimation de la valeur globale moyenne du contenu en H de Bennu et Ryugu est en accord avec celle de plusieurs chondrites carbonées ayant subies de l’altération aqueuse, en particulier les CMs thermiquement altérées et les C2 Tagish Lake dans le cas de Bennu. Les résultats obtenus ainsi que l’étude du contenu en H d’un plus grand nombre d’objets permettront une meilleure compréhension de la formation et évolution du Système Solaire. La fonction de corrélation exponentielle que j’ai définie, peut être appliquée à d’autres astéroïdes primitifs possédant une bande d’absorption des phyllosilicates hydratés proche de 3 μm, pour estimer leur contenu en H. Enfin, l’analyse en laboratoire des échantillons rapportés par les deux missions validera avec une plus grande précision, les méthodes décrites et la quantification de l’hydratation des deux astéroïdes. Celle-ci est nécessaire pour donner des contraintes aux modèles de formation et d’évolution du Système Solaire ainsi que sur les origines de la Vie sur Terre.