ED EMTSU Ecole Doctorale Energie Matériaux Sciences de la Terre

ED EMTSU
Ecole Doctorale
Energie Matériaux Sciences de la Terre et de l’Univers
Formulaire de demande de
Contrat doctoral institutionnel 2015
1. Informations administratives :
 Nom du Directeur de thèse : KRASNOSELSKIKH Vladimir
 Nom du co-Directeur :
 Le cas échéant nom, date de recrutement et date de soutenance d’habilitation programmée du co-
encadrant : HENRI Pierre
 Unité : Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace (LPC2E, UMR 7328)
 Email du Directeur de thèse : [e-mail] / [e-mail]
2. Titre de la thèse : Caractérisation et évolution de l’environnement ionisé d’une comète : exploitation des
données de la sonde spatiale Rosetta
3. Résumé : Les corps du système solaire (planètes, astéroïdes, comètes)
interagissent avec le Soleil, le principal réservoir d’énergie dans le
système solaire, en fonction de leur propriétés, en particulier l’existence
on l’absence (i) d’un champ magnétique interne et/ou (ii) d’une
atmosphère. La Terre, par exemple, possède ces deux propriétés. Les
comètes ne sont pas magnétisées mais ont la particularité de posséder
temporairement une atmosphère en expansion, lorsqu’elles sont
suffisamment proches du Soleil, qui entraine une interaction particulière
avec le Soleil et l’écoulement de plasma qu’il génère (vent solaire), dont
la plus remarquable signature est la fameuse queue cométaire.
ROSETTA est une mission spatiale de l’Agence Spatiale Européenne (ESA), composée d'un orbiteur et d'un
atterrisseur, dont l'objectif est de suivre l’évolution de l’activité de la comète 67P/Churyumov–Gerasimenko
(67P/CG) afin d’étudier les phénomènes physiques et chimiques qui régissent la surface et l'environnement
cométaire [Fig. 1]. C'est la première fois qu'une sonde spatiale accompagne une comète autour du Soleil.
La sonde à impédance mutuelle (MIP) fait partie d'un ensemble de 5
instruments, le consortium plasma de Rosetta
1
[RPC, Fig.2], qui a pour
objectif scientifique d’étudier l'environnement ionisé de la comète et son
interaction avec le vent solaire. La contribution de MIP est de mesurer
l’activité électrostatique (ondes plasma) autour de la comète, ainsi que la
densité et la température des électrons thermiques de l'environnement
cométaire. L'instrument MIP, développé dans le cadre d'une coopération
internationale, est sous la responsabilité scientifique et technique du LPC2E
à Orléans.
2
1
Carr et al., Space Sci. Rev., 128, 629 (2007)
2
Trotignon et al., Space Sci. Rev., 128, 713 (2007)
UNIVERSITE D'ORLEANS
Fig 2 : Le Consortium Plasma de
Rosetta (RPC) à bord de la
sonde Rosetta.
Fig 1 : Comète 67P/CG autour de laquelle
se trouve la sonde spatiale Rosetta.

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Le doctorant étudiera en particulier l’évolution de l’environnement ionisé autour de la comète 67P/CG.
Pour cela, il participera activement à l’analyse et l'interprétation des observations spatiales in situ des
instruments du RPC, avec une attention particulière sur celle de l'instrument RPC-MIP.
La thématique de recherche de la thèse s’orientera autour de deux aspects principaux tournés vers la
physique des plasmas et la planétologie.
(1) L’aspect « physique des plasmas ». Compte tenu de la grande diversité de conditions plasmas
rencontrées pendant la mission Rosetta, due à la forte variabilité de l’activité de la comète lors de son orbite
autour du soleil, l’environnement plasma de la comète 67P/CG peut en effet être considéré comme un
laboratoire naturel de physique des plasmas, dans lequel plusieurs problématiques générales en physiques des
plasmas peuvent être abordées. Deux points en particulier retiendront l’attention du doctorant.
(1-a) Le proche environnement d’une comète est un plasma faiblement ionisé (densité de neutre >> densité
du plasma), mais dont la dynamique de la composante ionisée est fondamentale pour comprendre l’interaction
de la comète avec le vent solaire incident (obstacle dans un écoulement plasma). La trajectoire de la sonde
Rosetta (très proche de la comète) permettra donc au doctorant d’étudier in situ l’influence des collisions (ions-
neutres et électrons-neutres) sur la structure et la dynamique de ce type de plasma faiblement ionisés.
(1-b) La présence de poussières et leur influence sur la dynamique des plasmas (« complexes plasmas » ou
« dusty plasma ») est un sujet fondamental en physique des plasmas dans les milieux naturels (spatial,
astrophysique) aussi bien qu’en laboratoire. Rosetta offre l’occasion unique d’étudier un plasma poussiéreux
dans un environnement naturel. La recherche de signatures de la présence de poussières chargées et de leur rôle
sur la structure et la dynamique de l’environnement cométaire pourra être l’une des lignes de recherche du
doctorant.
L’interprétation des résultats de mesure de la sonde à impédance mutuelle dans ce plasma non idéal
(collisions, présence de poussières) sera un aspect important de travail de thèse.
(2) L’aspect « planétologie ». L’interaction du soleil avec un objet du système solaire passe par l’effet de son
rayonnement UV ionisant et de l’impact de l’écoulement de plasma provenant du soleil connu sous le nom de
vent solaire. Dans le cas d’un objet magnétisé tel que la Terre, le champ magnétique intrinsèque joue le rôle
d’obstacle au vent solaire. Dans le cas d’un objet non magnétisé telle qu’une comète, le rayonnement solaire
entraine la formation d’une atmosphère en expansion autour de la comète, ionisé par le rayonnement UV
solaires, qui forme ainsi un plasma. Ce plasma interagit alors avec l’écoulement de plasma provenant du soleil
(vent solaire) pour former une magnétosphère induite et une zone qui expulse le champ magnétique solaire
(cavité diamagnétique) autour du noyau cométaire. La sonde Rosetta suit une trajectoire (entre 10 km et 1000
km de la comète) qui permettra d’étudier in situ cette interaction complexe, dont une schématisation est données
en Fig. 3.
Les méthodes à disposition du doctorant seront variées : analyses spectrale et de séries temporelle,
modélisation de la réponse instrumentale et de l’influence de la sonde spatiale sur les données in situ,
modélisation de la dynamique des plasmas pour l’interprétation des observations.
Fig. 3 : Résumé schématique de
l’environnement ionisé d’une
comète inactive loin du soleil (à
gauche) et de celle d’une
comète active alors qu’elle se
rapproche du soleil (à droite).
[Burch et al., SSR, 2007].