Stages de Master 2 en Astrophysique

Informations sur le stage
Catégories
Planétologie: physique, dynamique et chimie des atmosphères et surfaces planétaires
Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère
Sujet du stage
Propagation des ondes acoustiques dans l'atmosphère de Mars : modélisation et application aux missions martiennes
Description
Les prochaines missions à destination de Mars auront des capteurs permettant de détecter des ondes acoustiques dans la gamme des
infrasons (micro-baromètre à bord d'INSIGHT) ou dans la gamme des sons (microphone à bord de MSL2020). Les données receuillies par
ces capteurs auront de multiples applications telles que la détection d'entrées de météorites et de « dust devils » pour les infrasons, et la
mesure des ondes sonores produites par les instruments de MSL 2020 qui devrait à la fois permettre de mieux caractériser l'atténuation
des ondes et donc l'atmosphère martienne, mais aussi la réponse du milieu aux sondages par les instruments. Pour pouvoir analyser
correctement ces données il convient de construire un modèle d'atmosphère martienne qui doit en particulier prendre en compte la forte
atténuation des ondes sonores par les modes de vibration et de rotation des molécules de dioxyde de carbone.
L’objectif du stage est de mettre en place un outil de simulation numérique de la propagation des ondes acoustiques dans l'atmosphère de
Mars. Tout d'abord un modèle d'atmosphère, incluant les paramètres d'atténuation des ondes, sera construit. Puis un modèle simple de
propagation permettra de quantifier la fonction de transfert de l'atmosphère en fonction de la distance à la source sonore. Les résultats de
ce modèle pourront être comparés aux expériences en environnement martien réalisées à l'IRAP. Puis ce modèle sera intégré dans le code
d'éléments spectraux SPECFEM2D pour une modélisation de la propagation des infrasons sur des grandes échelles spatiales. Ces
modélisations permettront de prédire les signaux attendus sur le mirco-baromètre d'INSIGHT pour une entrée de météorite, en particulier
de quantifier jusqu'à quelle distance et pour quelle conditions atmosphériques (jour/nuit) l'onde infrason pourra être détectée.
Nature du travail demandé
Simulations numériques
Modélisation
Expérimentation en laboratoire
Pré-requis
Bon niveau en physique et informatique. Connaissances en physique de la propagation des ondes et de l'atmosphère appréciées.
Informations complémentaires
Laboratoire
UMR-5277 IRAP
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Toulouse
Calendrier prévisionnel
Date initiale estimée : 2014-02-01
Durée proposée : 6 mois
Encadrant
Raphael Garcia (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste)
[e-mail] [phone]
Co-encadrant
David Mimoun
[e-mail]
Gratification
Acquise

Informations sur le stage
Catégories
Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère
Géodésie et géodésie spatiale
Sujet du stage
Ondes atmosphériques créées par les séismes et tsunamis : Modélisation et applications aux données du Satellite GOCE
Description
Des travaux récents (Garcia et al., 2013) ont démontré que les ondes infrasons produites par les ondes sismiques et les ondes de gravité
produites par les tsunamis peuvent être détectées par des satellites en orbite très basse tels que GOCE. Cependant les outils de
modélisation actuels de ces ondes ne permettent pas de prendre en compte les variations latérales des paramètres atmosphériques
(vitesse du son, atténuation des ondes, vents...), ni de réaliser la modélisation simultanée des ondes acoustiques et de gravité par le
même outil. Pourtant un tel outil est nécessaire pour comprendre les signaux mesurés près de la source sismique, ainsi que les
mouvements atmosphériques dans l'onde mesurés par GOCE. De plus, savoir prédire les signaux attendus doit permettre de spécifier
correctement des futures missions spatiales dédiées à la mesure de ces signaux.
L’objectif du stage est de mettre en place un outil de simulation numérique de la propagation des ondes acoustiques et de gravité dans
l'atmosphère terrestre. Pour cela, l'on repartira des développements déjà en cours dans la suite de modélisation en éléments spectraux
SPECFEM. En effet, le forçage de l'atmosphère par le bas, ainsi que l'atténuation des ondes sonores ont été implémentés récemment dans
SPECFEM2D. Cependant de nombreuses modifications sont nécessaires pour intégrer les ondes de gravité, ainsi que pour passer la
modélisation des ondes infrasons en 3 dimensions. Ces développements seront testés par comparaison avec des solutions analytiques, puis
appliqués aux données mesurées par GOCE. Enfin, les sorties des modélisations serviront à la création de première spécifications pour une
mission dédiée proposée dans le cadre de la prospective 2014 du CNES.
Nature du travail demandé
Instrumentation
Simulations numériques
Traitement de données
Pré-requis
Bon niveau en physique et informatique. Connaissances en physique de la propagation des ondes et de l'atmosphère appréciées.
Informations complémentaires
Laboratoire
UMR-5277 IRAP
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Toulouse
Calendrier prévisionnel
Date initiale estimée : 2014-02-01
Durée proposée : 6 mois
Encadrant
Raphael Garcia (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste)
[e-mail] [phone]
Co-encadrant
Dimitri Komatitsch
[e-mail]
Gratification
Acquise

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Catégories
Physique et chimie des milieux interstellaires et circumstellaires
Sujet du stage
ASAI: vers la connaissance de nos origines
Description
Grâce au lancement réussi de l'observatoire spatial Herschel et grâce aux avancées techniques des observatoires au sol, les scientifiques
ont pu avancer dans la compréhension de la formation d'un système planétaire comme le nôtre. Le projet ASAI (Astrochemical Surveys At
IRAM) est une collaboration européenne d'observations au télescope du 30m de l'IRAM d'un certain nombre de sources allant des coeurs
pré-stellaires, des proto-étoiles, des disques proto planétaires, traçant tout un processus aboutissant à la naissance d'une étoile de type
solaire et par conséquent de la planète Terre. Nous sommes entrés dans un véritable âge d'or de l'astrochimie et ce programme
d'observations va nous permettre d'attaquer la question de nos origines chimiques, c'est à dire de comprendre ce long processus
aboutissant à notre Système Solaire (SS). Comprendre cette histoire, qui est fortement liée à celle de l'origine de la vie sur Terre, est une
des questions clés de l'astrophysique moderne. Un nombre croissant d'indices observationnels suggère que les corps du SS ont hérité, au
moins partiellement, du matériau chimique issu des premières phases de formation du Soleil. Ainsi les observations de l'eau (à travers le
rapport HDO/H2O) dans les comètes et dans les régions de formation d'étoiles sont nécessaires par comparaison avec le rapport D/H des
océans. En outre, de nombreuses molécules organiques complexes présentent un rapport D/H très élevé dans l'environnement des proto-
étoiles, si bien que la forte deutération des acides aminés observée dans les météorites suggère qu'au moins une partie d'entre eux s'est
formée très précocement dans l'histoire du SS.
Tous ces éléments pointent vers une même direction: la complexité
moléculaire des objets du SS paraît intimement liée à celle des phases précoces de la formation du Soleil.
Nous proposons, lors de ce stage, que l'étudiant(e) se penche sur les observations de deux sources: le coeur pré-stellaire L1544 et la proto-
étoile de type solaire NGC1333-IRAS4A. Ces deux sources ont été très étudiées et sont à l'origine de multiples découvertes
quant à leur inventaire chimique. L'étudiant(e) manipulera les données acquises pour ces deux sources à travers l'utilisation de GILDAS et
du logiciel CASSIS. Il/elle se familiarisera avec les méthodes de transfer radiatif à travers l'approximation de l'Equilibre Thermodynamique
Local ou bien l'approximation LVG (Large Velocity Gradient), puis par l'utilisation du code Monte-Carlo RATRAN.
Plus d'informations
http://www.oan.es/asai/
Nature du travail demandé
Traitement de données
Modélisation
Informations complémentaires
Laboratoire
UMR-5277 IRAP
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Toulouse
Calendrier prévisionnel
Date initiale estimée : 2014-02-03
Durée proposée : 4.5 mois
Encadrant
Charlotte Vastel (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste)
[e-mail] [phone]
Co-encadrant
Bottinelli Sandrine
[e-mail]
Gratification
En cours de négociation

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Catégories
Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère
Processus physiques en astrophysique, physique fondamentale et expérimentale
Sujet du stage
Observation et simulation de l’ionosphère polaire soumise aux ondes MHD
Description
Contexte :
Depuis de nombreuses années, on sait que des ondes MHD à ultra-basses fréquences (ULF) se propagent dans l’environnement ionisé
terrestre. Elles sont observées localement mais aussi globalement, à tel point qu’elles jouent un rôle important dans le couplage entre le
vent solaire, la magnétosphère et l'ionosphère contribuant notamment aux transferts d’énergie.
Nous nous intéresserons au mode d’Alfvén qui se propage le long des lignes de champ magnétique et qui a la particularité de perturber de
manière caractéristique l’ionosphère lorsqu’il traverse le milieu : les fluctuations périodiques du champ électrique et des courants alignés
au champ magnétique associées à l’onde font varier les températures ioniques et électroniques.
D'un point de vue expérimental les fluctuations observées des températures ioniques et électroniques sont donc susceptibles de nous
renseigner sur les ondes d’Alfvén se propageant dans l’ionosphère, et avec l’aide d’un modèle numérique nous pourrions de manière
pertinente caractériser ces ondes depuis la région de perturbation jusqu’à la source. Notre équipe a donc élaboré un modèle de
propagation d’onde d’Alfvén dans l’ionosphère terrestre, qui prend en compte les différents modes de propagation des ondes ainsi que leur
réflexion à la base de l’ionosphère ; il est ainsi possible de connaître en tout point de l’espace, les perturbations électrique et magnétique
dues à ces ondes. Ce modèle électromagnétique de propagation d'onde a été couplé avec le code de simulation TRANSCAR qui calcule les
densités, vitesses, et températures du plasma ionosphérique. Avec un tel modèle, nous sommes en mesure de caractériser plus finement
les signatures des ondes sur les paramètres ionosphériques.
Déroulement du stage :
Afin d’appréhender le sujet de manière complète, nous proposons d’un point de vue pratique un stage avec deux volets, volets qui
pourront être plus ou moins approfondis selon les aspirations du stagiaire :
1. Un volet d’analyse des données radar et satellites récoltées. Cette analyse permettra de mieux cerner le type d’ondes observées et de
comprendre la réponse ionosphérique aux ondes. Nous nous attacherons en particulier à quantifier les modifications thermodynamiques de
l’ionosphère polaire.
2. Un volet de modélisation qui consistera à compléter et affiner le modèle dont nous disposons en le confrontant aux données.
Nature du travail demandé
Simulations numériques
Traitement de données
Informations complémentaires
Laboratoire
UMR-5277 IRAP
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Toulouse
Calendrier prévisionnel
Date initiale estimée : 2014-02-03
Durée proposée : 3-5 mois
Encadrant
Frédéric Pitout (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste)
[e-mail] [phone]
Co-encadrant
François Forme
[e-mail]
Gratification
Acquise

Informations sur le stage
Catégories
Formation, structure et évolution des étoiles
Sujet du stage
Sismologie des étoiles de type solaire : influence de la turbulence de surface
Description
Les étoiles comme le Soleil oscillent sous l’effet d’ondes acoustiques (modes p) qui sont générées par la convection de surface et se
propagent à l’intérieur de l’étoile. La mesure des fréquences d’oscillation de ces modes propres permet de contraindre la structure interne
des étoiles. L’héliosismologie a ainsi permis de connaître finement l’intérieur solaire (température centrale, profondeur de l’enveloppe
convective, quantité d’hélium, processus de diffusion et de mélange, rotation interne...) et d’affiner nos modèles de structure interne.
Toutefois, même aujourd’hui, il reste des écarts significatifs entre les fréquences des modes observées et celles calculées à partir des
modèles de structure interne. Ces écarts, insignifiants à basse fréquence, augmentent progressivement avec la fréquence des modes. On
attribue ces écarts à une mauvaise modélisation des couches les plus externes du Soleil. En effet, les modèles de structure interne sont
des modèles hydrostatiques qui ne prennent pas en compte les effets de la turbulence et du champ magnétique qui peuvent être important
à la surface.
En héliosismologie, il est aisé de s’affranchir de ces effets de surface, car on connaît précisément le rayon et la masse du Soleil. Il n’en est
pas de même pour les autres étoiles.
Grâce aux missions spatiales CoRoT et Kepler, nous disposons d'observations astérosismologiques pour des centaines d’étoiles de type
solaire dont l’interprétation est entachée par ces effets de surface. Des méthodes ont été proposées pour en corriger les effets de manière
ad hoc. Pendant ce stage, l’étudiant explorera une autre voie. Il utilisera des modèles de la structure des couches externes du Soleil
obtenus à l’aide de simulations hydrodynamiques 3D, qu’il combinera à un modèle hydrostatique de structure interne. Il fera des calculs
d’oscillations en prenant en compte les termes supplémentaires induit par la turbulente pour quantifier la contribution de celle-ci aux
fréquences des modes.
Plus d'informations
http://www.jerome-ballot.fr/post/2013/10/17/Stage2014A
Nature du travail demandé
Modélisation
Pré-requis
Physique stellaire
Informations complémentaires
Laboratoire
UMR-5277 IRAP
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Toulouse
Calendrier prévisionnel
Date initiale estimée : 2014-02-01
Durée proposée : 5 mois environ
Encadrant
Jérôme Ballot (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste)
[e-mail] [phone]
Gratification
Acquise