Thèse Composition et Évolution de la Surface d'Objets Trans-Neptuniens. Observations Jwst et Simulations Expérimentales. H/F

Université Grenoble Alpes

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : STEP - Sciences de la Terre de l'Environnement et des Planètes
Laboratoire de recherche : Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble
Direction de la thèse : Eric QUIRICO ORCID 0000000327680694
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-15T23:59:59

Les objets transneptuniens (TNOs) comportent une sous-population d'objets de petite taille non-différenciés susceptibles d'apporter des contraintes sur les conditions physico-chimiques du disque proto-solaire, notamment sur la nature et l'abondance des éléments volatiles. Ces objets dépourvus d'atmosphère sont toutefois exposés à différents types de processus physiques : impacts micro-météoritiques, irradiation ionique (vent solaire, rayonnement galactique) et différents événements thermiques (survols stellaires, migration planétaire).

Les observations menées par le James Webb Téléscope (JWST) ont permis d'étendre la gamme spectrale à la région de la l'infrarouge moyen (2.5-20 µm), permettant de détecter plusieurs nouvelles molécules (CO2, CO, ...) et d'apporter des contraintes sur l'état physique de leurs surfaces. Après une première phase d'analyse, une étude approfondie de ces données est indispensable et réclame des études de laboratoires dédiées. Il s'agit :
-De déterminer les propriétés spectroscopiques de glaces et de mélanges glaces + réfractaires, afin de déterminer des jeux de constantes optiques indispensables aux modèles de transfert radiatif et de fournir des spectres de réflectance de référence pour alimenter des modèles hybrides
-De proposer de nouvelles approches d'analyse des spectres observés, basés sur la modélisation
-De conduire des expériences d'irradiation innovantes, basées sur l'irradiation électronique et ionique, en accédant notamment à des grands accélérateurs d'ions comme le GANIL (Grand accélérateur national d'ions lourds, Caen, France).

La thèse proposée s'inscrit dans ce contexte. Elle résulte d'une collaboration entre l'Institut d'Astrophysique Spatiale, Université Paris-Saclay - R. Brunetto) et l'IPAG. Elle comprendra des activités reliées aux trois approches susmentionnées.

Le contexte scientifique est celui des observations collectées par le téléscope infrarouge JWST. Pour la première fois, des données couvrant l'infrarouge moyen ont été collectées. Celles-ci permettent de détecter des espèces moléculaires en quantité mineure ou d'accéder à des modes de vibration stratégiques en termes de contrainte de l'état physique de la surface (e.g. température, état de mélange). Les données, pour l'essentiel, sont actuellement dans le domaine public. Il reste encore un pan de travail très important sur lmeur analyse, qui s'appuie sur des données expérimentales à collecter. C'est tout l'enjeu de cette thèse.

Les objectifs de la thèse sont de caractériser la composition de près d'une dizaine de TNOs qui ont été observés par le téléscope JWST. Ceci implique l'analyse des spectres de réflectance collectés dans le domaine de l'infrarouge, et en particulier de l'infrarouge moyen. Un second objectifs est de comprendre les effets de l'irradiation ionique sur l'évolution chimique des glaces, et notamment la formation de composés organiques macromoléculaires qui sont potentiellement à l'origine de ma couleur rouge de certains de ces objets.

Les méthodes utilisées reposent 1) sur des approches de laboratoire, à savoir mesure de spectres de références en transmission et réflexion, associée à des études systématiques de différents paramètres physiques. 2) sur l'analyse des données, via la modélisation basée sur des codes de transferts radiatifs non-linéaire ou des modèles hybrides incorporant des données expérimentales en réflectance. 3) sur l'étude l'irradiation ionique de glaces, à l'IPAG avec un canon à électrons (2-20 keV) et à l'accélérateur GANIL.