Annexe : détail de la demande
Le but de ce projet est d’approfondir nos
connaissances du phénomène de collisions entre
corps solides au moyen de simulations numériques et
des autres mécanismes pouvant détruire ou déformer
ces corps selon leur structure interne. Ces
phénomènes sont au cœur de la formation et de
l’évolution du Système Solaire. Il est particulièrement
important d’estimer les propriétés des fragments
résultant de collisions entre corps solides en fonction
de leur taille initiale, de leur structure interne, de
l’énergie d’impact et leurs évolutions sous l’influence
des forces de marée et d’augmentation de leur taux de
rotation par l’effet thermique appelé YORP. Ces
résultats doivent aussi être confrontés aux
observations et aux mesures des propriétés (i.e. thermiques) des petits corps. Les tailles
considérées, supérieures au mètre, sont inaccessibles en laboratoire et seules des simulations
numériques de fragmentation puis d’interaction gravitationnelle des fragments résultants
(lorsque la gravité peut jouer un rôle) peuvent déterminer leurs propriétés finales (tailles,
formes et vitesses). Les simulations sont effectuées en combinant un code hydrodynamique de
fracture d’un corps solide, produisant les fragments générés par la propagation des fissures, et
un code N-corps parallèle permettant de calculer l’évolution gravitationnelle de millions de
particules massives et ainsi de déterminer l’éventuelle ré-accumulation gravitationnelle des
fragments issus de la fracture. Les résultats déjà obtenus ont pour la première fois réussi à
reproduire les propriétés de certaines familles d’astéroïdes observées dont les membres sont
issus d’un corps parent détruit par collision.
Dans ce cadre, on peut étudier aussi la génération de formes des astéroïdes et des astéroïdes
binaires.
Les codes qu’on a à disposition aujourd’hui (notamment pkdgrav, adapté aux études du
Système Solaire par D.C. Richardson) sont capables de gérer l’interaction (collisions) entre
des sphères rigides de taille identique, qui peuvent être considérés comme les éléments de
base qui constituent tous les objets simulés. Cette approche très simplifiée permet déjà de
reproduire des comportements intéressants concernant les propriétés mécaniques du matériel
qui déterminent la forme ou la porosité.
Tous degrés de complications ultérieures peuvent contribuer à prendre en compte des
mécanismes plus complexes, mais ils nécessitent parfois des compétences qui sont au delà de
celle présentes dans l’équipe de planétologie du Laboratoire Cassiopée et aussi, dans certains
cas, au delà des compétences du domaine de l’astrophysique.
Ceci représente aujourd’hui une opportunité unique pour l’ouverture de collaborations
interdisciplinaires capables d’ouvrir des nouvelles perspectives pour l’équipe de
planétologie.
En particulier on identifie pour ces ouvertures thématiques les points suivants :
- Les effets des marées. Ils sont importants pour comprendre l’évolution des astéroïdes
binaires ou des géocroiseurs, mais ils rendent nécessaire l’implémentation d’effets de
dissipation d’une façon cohérente. De plus, leur influence sur les détails des modèles de
simulations numériques n’a pas encore été étudiée (experts : D. Scheeres ; K. Holsapple).