Convection dans les glaces de haute pression des satellites de Jupiter et Saturne
Auteur / Autrice : | Laëtitia Lebec |
Direction : | Stéphane Labrosse |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences de l'univers |
Date : | Soutenance le 11/09/2023 |
Etablissement(s) : | Lyon 1 |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Lyon ; 2011-....) |
Jury : | Président / Présidente : Cathy Quantin-Nataf |
Examinateurs / Examinatrices : Cathy Quantin-Nataf, Anne Davaille, Christophe Sotin, Gabriel J. R. Tobie | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Davaille, Christophe Sotin |
Mots clés
Résumé
Dans notre système planétaire, il existe de nombreux objets connus sous le nom de « lunes glacées ». Plusieurs de ces lunes abritent un océan souterrain composé principalement d’eau liquide, ce qui permet aussi de classifier ces lunes comme « mondes océans ». Les petites lunes glacées, comme Encelade et Europe, sont composées d’un océan souterrain entre une couche de glace à la surface et un noyau rocheux, ce qui permet de fortes interactions eau-roche qui en font des objets intéressants à étudier pour la recherche de vie dans le système solaire. Cependant, sur les grandes lunes glacées comme Ganymède et Titan, une couche de glaces de haute pression existerait entre l’océan et le noyau à cause des hautes pressions expérimentées par ces lunes, composées d’une hydrosphère très épaisse. A première vue, cette couche de glace empêche un contact direct ainsi que les échanges de sels, et éventuellement de nutriments, entre le noyau rocheux et l'océan. Par conséquent, la question est : « Ces échanges sont-ils possibles et peuvent-ils être efficaces ? » Cette thèse se concentre sur différents aspects du problème qui n’ont pas été considérés par les quelques précédentes études sur le sujet. Tout d’abord, on étudie les effets du changement de phase existant à l’interface entre l’océan et la couche de glace de haute pression. La prise en compte de ce changement de phase modifie radicalement la dynamique, permettant une vitesse radiale non nulle à l’interface. On montre que cette condition aux limites facilite la convection et permet à la glace de haute pression, sous certaines conditions et pour divers corps planétaires, de fondre à l’interface avec le noyau rocheux, ce qui favorise les échanges entre le noyau et l’océan. Deuxièmement, on ajoute des sels dans notre modèle afin d’en étudier les effets sur la dynamique. Le peu d’études antérieures à ce sujet de thèse considère uniquement une couche de glace d’eau pure, alors que les océans de ces lunes sont à priori salés. Une partie de ces sels proviendrait de la différentiation de ces corps, tandis qu’une autre pourrait provenir des échanges avec le noyau, d’où l’importance de considérer ces sels dans nos modèles et d’étudier l’efficacité de ces échanges. En ajoutant des sels à notre modèle, on montre qu’il existe deux régimes d’évolution des sels dans la couche de glace de haute pression, en fonction de leur effet sur la densité de la glace. On montre également que des échanges efficaces peuvent avoir lieu entre le noyau et l’océan et qu’en fonction du régime dans lequel on se trouve, une quantité importante de sels peut atteindre l'océan. Enfin, les résultats obtenus en ajoutant un flux de sels provenant du noyau rocheux dans la couche de glace de haute pression ont mis en évident l’existence possible, dans certains cas, d’un mince océan très salé entre le noyau et la glace de haute pression, que nous avons commencé à étudié dans cette thèse.