Proposition de Sujet de Thèse pour Contrat Doctoral UNS

Ecole Doctorale Sciences Fondamentales et Appliquées
Université Nice Sophia Antipolis
UFR Sciences
Proposition de Sujet de Thèse pour Contrat Doctoral UNS
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[email protected]
Titre de la thèse
Modélisation des processus d’impact et de surface des petits corps : interprétation des
observations, implications sur leurs propriétés physiques, et support aux opérations des
missions spatiales
Thesis Title
Modeling of impacts and surface processes on small bodies: interpretation of observations,
implications on their physical properties, and support to space mission operations
Directeur de Thèse (HDR ou assimilé)
Nom : Michel
Prénom : Patrick
Téléphone : 06 88 21 28 33
Courriel : [email protected]
Laboratoire d'accueil
LAGRANGE
Co-directeur
Nom :
Prénom :
HDR :
Unité de recherche :
Téléphone :
Courriel :
Domaine Scientifique
DS3 - Sciences de la Terre et de l'Univers, Espace

Ecole Doctorale Sciences Fondamentales et Appliquées
Université Nice Sophia Antipolis
UFR Sciences
Description du sujet
Les années à venir vont être riches en données d’observations concernant les petits corps
du Système Solaire. En particulier, deux missions de retour d’échantillon d’astéroïdes dont
nous sommes co-I, Hayabusa 2 (JAXA) et OSIRIS-REx (NASA), arriveront sur leur astéroïde
respectif en 2018. De plus, les programmes d’observations au sol auxquels l’OCA participe
(e.g. NEOShield-2) continueront à fournir des données précieuses sur les propriétés
physiques et de composition de ces petits corps.
L’interprétation des données d’observations (in-situ pour les missions spatiales, depuis la
Terre pour les observations au sol) nécessite une bonne compréhension des processus
physiques que ces petits corps subissent au cours de leur histoire (impacts, processus de
surface). Cette compréhension est cruciale pour accéder aux propriétés inobservables à
partir de celles observées. Ces propriétés sont de véritables traceurs de l’histoire du
Système Solaire. En effet, les petits corps représentent différentes étapes sur la route
rocheuse conduisant à la formation des planètes. Ils ont des histoires fascinantes à nous
raconter sur la formation et l’évolution de notre Système Solaire qui pourraient même être
extrapolées aux autres systèmes planétaires.
L'objectif de cette thèse interdisciplinaire, qui fera appel à des expertises qui
intéresseront aussi le laboratoire Géoazur, est de développer des simulations numériques
d’impact et de comportement du milieu granulaire (régolite) présent à la surface des
petits corps. Celle-ci est soumise à des processus variés au cours de son histoire et il s’agit
de comprendre comment elle réagit à ces processus (e.g. impacts, vibrations, contraintes
thermiques, effets dus à la rotation, etc). Pour cela, deux types de modélisations seront
poursuivies. Concernant les impacts, un code basé sur la technique SPH, incluant des
modèles d’endommagement adaptés aux petits corps sera utilisé et enrichi avec les
nouvelles connaissances sur la physique des impacts. Un code N-corps basé sur la
méthode discrète des sphères molles sera exploité pour étudier la dynamique du régolite
dans les conditions de gravité adaptées. Ce code sera aussi utilisé pour simuler
l’interaction des instruments à bord des missions spatiales (mécanismes de récolte
d’échantillon, atterrisseur) avec le régolite, afin de guider le choix des sites les plus
adaptés pour ces instruments. Il servira aussi à l’étude des projets de missions tels que la
mission AIDA, en collaboration avec l’ESA et la NASA, dans laquelle l’OCA a la
responsabilité scientifique, et qui a pour but de déployer un atterrisseur pour caractériser
un astéroïde double et d’effectuer un test de déviation par un impact haute-vitesse en
2022.
Description of the thesis
The coming years are expected to be particularly fruitful in terms of observations of small
bodies of our Solar System. In particular, two asteroid sample-return missions in which we
are co-Investigators (co-Is), namely Hayabusa 2 (JAXA) and OSIRIS-REx (NASA), will both
arrive on site in 2018. Moreover, OCA is participating to several ground-observation
programs (e.g. NEOShield-2), which will continuously provide precious data on physical
properties and composition of small bodies.
The interpretation of observational data (in-situ for space missions and from Earth for
ground-based observations) requires a good understanding of the physical processes

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undergone by small bodies during their lifetime (impacts, surface processes). This
understanding is crucial to derive unobservable properties from observable ones. These
properties are genuine markers of the history of our Solar System. In fact, small bodies
represent different phases of the planetary formation. By studying them, we can learn a lot
about formation and evolution of our Solar System, and even about exoplanets systems by
extrapolation.
The interdisciplinary aspect of this thesis will raise several points of interest common to
Lagrange and the Geoazur laboratories. The objective of this thesis is to develop
numerical simulations of impacts and of the behavior of the granular medium (regolith),
which is present at the surface of small bodies. Small bodies surfaces undergo several
processes during their lifetime and the challenge is to understand how the surface reacts
to these processes (e.g. impacts, vibrations, thermal stress, rotational effects, etc). To do
so, two different kinds of numerical simulations will be performed. Impacts will be studied
with a code based on the SPH method, including models of damages adapted to small
bodies and enriched with new models accounting for progresses in the understanding of
impact physics. Regolith dynamics under proper gravity conditions will be performed with
a N-body code based on the soft-sphere discrete elements method. This code will also be
used to simulate the interaction between on-board instruments and the regolith layer
(sampling, lander), in order to select a proper landing site for these instruments. Finally
this code will support preliminary studies for new space missions, such as the AIDA
mission aiming to send a lander on a binary asteroid and to test an asteroid deflection by
high-velocity impact in 2022. This mission results from a collaboration between ESA and
NASA, with OCA leading the scientific investigations.
Informations complémentaires
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