Thèse soutenue

Modélisation de l'interaction du plasma jovien avec l'environnement d'Europe

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Auteur / Autrice : Claire-Alexandra Baskevitch
Direction : Ronan ModoloBaptiste Cecconi
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
Date : Soutenance le 08/12/2023
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 : Laboratoire Atmosphères, observations spatiales (Guyancourt, Yvelines ; 2009-....) - Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Meudon, Hauts-de-Seine ; 2002-....)
référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Valérie Ciarletti
Examinateurs / Examinatrices : Aurélie Marchaudon, César Bertucci, Pierre Henri
Rapporteurs / Rapporteuses : Aurélie Marchaudon, César Bertucci

Résumé

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Europe, l'un des quatre satellites galiléens de Jupiter, fait l'objet d'une attention particulière de la communauté scientifique car il est susceptible d'abriter des conditions d'habitabilité favorables. La présence d'un océan d'eau liquide salée en sous-surface a été mise en évidence par l'analyse des observations de la sonde Galileo, combinée à des simulations numériques. Par ailleurs, des observations du télescope spatial Hubble et la réanalyse de données de la sonde Galileo, comparées à des simulations numériques ont renforcé l'hypothèse de la présence de panaches de vapeur d'eau. Traverser ces dernières pourrait permettre de comprendre la composition de l'océan sous-terrain.L'exploration des lunes galiléennes constitue l'un des principaux objectifs de la mission JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) de l'ESA. En préparation des futures observations, un effort de modélisation a été entrepris pour caractériser le système magnétosphère de Jupiter-Europe. Pour caractériser l'interaction entre le plasma jovien, le champ magnétique et l'atmosphère d'Europe, j'ai utilisé le modèle LatHyS (LATMOS Hybrid Simulation). LatHyS est un modèle de simulation hybride 3D, multi-espèces et parallèle qui combine une description cinétique des ions avec une description fluide des électrons. Ce modèle de simulation nous permet de représenter la dynamique et la structure de l'environnement ionisé dans lequel baigne la lune.Mon travail a consisté à développer l'environnement d'Europe au sein de LatHyS. L'atmosphère et l'ionosphère en ont notamment été un aspect central. Les modèles d'interactions Europe-plasma jovien décrivent l'atmosphère de manière empirique et avec un modèle analytique. Cependant, j'ai mis en place une description issue d'un modèle d'exosphère planétaire 3D, appelé EGM, pour caractériser l'atmosphère d'Europe. En couplant EGM avec LatHyS, nous pouvons prendre en compte diverses espèces neutres majoritaires, intégrer des asymétries et obtenir une ionosphère plus proche de la réalité. En parallèle, j'ai développé une méthode d'optimisation qui permet de réduire la taille de l'environnement de la simulation, ce qui permet de réduire le temps d'exécution. Par la suite, j'ai réalisé de multiples simulations comparant diverses conditions neutres et ionosphériques (d'empirique à entièrement modélisées) avec des observations de Galileo afin d'étudier la réponse du système lors de ces variations. Puis j'ai analysé la réponse du plasma à un environnement théorique pendant les deux survols prévus d'Europe par JUICE. Pour finir, j'ai travaillé sur un programme qui calcule la propagation d'une onde radio dans un environnement magnétique. C'est un travail préliminaire qui a pour but d'intégrer l'environnement simulé par le modèle LatHyS dans ce code de tracé de rayon afin d'étudier la propagation des ondes radio émises par Jupiter lors d'une occultation observée par la sonde JUICE.