Déterminer la composition de la surface de Ganymède et son évolution chimique : Mesures spectroscopiques d'analogues et simulations expérimentales

Determining the composition of Ganymede's surface and its chemical evolution: Spectroscopic measurements of analogues and experimental simulations

• Auteur / Autrice : Audrey Moingeon
• Direction : Éric Quirico
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Planétologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble

Mots clés

Mots clés libres

Ganymède

Satellites de glace

Surface

Jwst

Irradiation

Météorites

Ganymede

Icy satellites

Surface

Jwst

Irradiation

Meteorites

Résumé

Ganymède, le plus gros satellite de Jupiter, possède un océan interne d'eau liquide et une surface dichotomique présentant des terrains clairs, dominés par la glace d'eau et probablement des sels, et des terrains sombres dont la composition est très mal connue. La composition de la surface constitue un objet d'étude majeur, car renseignant sur la composition interne du fait de matériaux excavés par impact ou sous l'effet de la tectonique, et de fait sur l'habitabilité de l'océan interne. Ganymède possède également une exosphère formée par l'irradiation de la surface par les particules magnétosphériques et le bombardement des poussières cométaires et interstellaires, qui génèrent des processus radiolytiques et de pulvérisation (« sputtering »). L'observation de Ganymède par le télescope spatial JWST durant l'été 2022 fournira des spectres de la surface, inédits dans la gamme de l'infrarouge moyen (2.9-11.7 µm), qui sont à même de fournir des contraintes précieuses en termes de composition et de nature des processus physico-chimiques en présence. L'interprétation de ces spectres réclame la conduite d'expériences de laboratoire, qui sont l'objet de cette thèse. Dans un premier volet, les propriétés optiques de matériaux modèles seront étudiées en conditions cryogéniques à l'aide de dispositifs spectro-gonio-radiométriques (réflectance bidirectionnelle, fonction de phase), et de mesures en transmission (constantes optiques). Dans un second volet, les effets des particules magnétosphériques seront étudiés par des expériences d'irradiations électroniques et ioniques, afin de produire des spectres de référence des matériaux irradiés, ainsi que des paramètres physiques fondamentaux indispensables aux modèles exosphériques. La thèse est financée par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) via le projet PRESSE (« PREparing Jupiter's System Exploration with JWST ») et se situera dans le cadre de collaborations nationales (avec les laboratoires LESIA, LATMOS, LMD) et internationales (programme d'observation JWST Early Release Science ERS 1373, « Observations of the Jovian System as a Demonstration of JWST's Capabilities for Solar System Science »).

Ganymede, the largest satellite of Jupiter, has an inner ocean and a dichotomous surface with light terrains, dominated by ice and probably salts, and dark terrains whose composition is very poorly known. Determining the composition of Ganymede's surface is a major objective, as it provides insights into the internal composition, thanks to materials excavated by impact or under the effect of tectonics. Ganymede has an exosphere that is generated by surface sputtering, triggered by magnetospheric particles irradiation, and by the bombardment of cometary and interstellar dust. The observation of Ganymede by the JWST space telescope during the summer of 2022 will provide unprecedented surface spectra in the mid-infrared range, (2.9-11.7 µm), which should bring valuable constraints in terms of composition and nature of the physico-chemical processes involved. The interpretation of these spectra requires the conduct of laboratory experiments, which are the subject of this thesis. In a first part, the optical properties of model materials will be studied in cryogenic conditions using spectro-gonio-radiometric devices (bidirectional reflectance, phase function), and transmission measurements (optical constants). In a second part, the effects of magnetospheric particles will be studied by electron and ion irradiation experiments, to produce reference spectra of irradiated materials, as well as fundamental physical parameters essential to exospheric models. This thesis work is funded by the ANR ('Agence Nationale de la Recherche') via the project PRESSE (PREparing Jupiter's System Exploration with JWST), in the frame of national (LESIA, LATMOS, LMD laboratories) and international collaborations (Early Release Science program ERS 1373/JWST).