Thèse soutenue

Développement d’un analyseur en énergie pour la caractérisation des hautes atmosphères neutres et ionisées terrestre et planétaires

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Auteur / Autrice : Valentin Steichen
Direction : François LeblancJean-Jacques Berthelier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
Date : Soutenance le 18/12/2023
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Atmosphères, observations spatiales (Guyancourt, Yvelines ; 2009-....)
Jury : Président / Présidente : Laurence Rezeau
Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Cipriani, Christelle Briois
Rapporteurs / Rapporteuses : Stefano Livi, Peter Wurz

Résumé

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L'étude de la dynamique des particules dans la thermosphère - ionosphère et dans l'exosphère des corps du système solaire permet d'approfondir notre compréhension de ces régions critiques qui sont l’interface entre une planète et l'espace. Le but de ma thèse était de développer, construire et tester un analyseur en énergie pour l'étude des hautes atmosphères planétaires : INEA (Ion and Neutral Energy Analyser). L'instrument vise à mesurer la structure énergétique des constituants neutres et ioniques présents dans cette région. Pour réaliser cette tâche difficile, INEA s'appuie sur deux concepts : une source d'ions innovante, basée sur l’utilisation de nanotubes de carbone comme émetteur d'électrons et un analyseur en énergie électrostatique, capable d'imager directement la distribution en énergie des particules. Au cours de ces trois années de thèse, un modèle numérique de INEA a été développé afin de répondre aux objectifs instrumentaux imposés par les mesures nécessaires à la caractérisation des hautes atmosphères. Parallèlement, j'ai travaillé au développement d'une source d'ionisation, également nécessaire au fonctionnement optimal de INEA, basée sur l'utilisation de nanotubes de carbone comme émetteurs d'électrons. Le développement du détecteur, une autre partie importante de l'instrument, a également été réalisé. Suite à la modélisation numérique et aux travaux réalisés sur les différentes parties de l'instrument, un premier prototype d’INEA a été conçu et assemblé, ce prototype étant actuellement testé. Avec le travail réalisé au cours de cette thèse, nous avons pu proposer deux instruments pour de futures missions spatiales : M-INEA sur la mission M-MATISSE proposé pour l'appel à projet M7 de l'ESA, récemment sélectionnée pour une phase A jusqu’en 2026, et PSEE, un émetteur d'électrons dédié au contrôle de PRELUDE SAT ; un CubeSat de 6U développé par deux universités japonaises devant être lancé mi-2025.