Sujet de STAGE (2012-2013) - Laboratoire d`Astrophysique de

Laboratoire
d’Astrophysique de
Marseille (UMR-6110)
Technopôle de Château-Gombert
38, rue F. Joliot-Curie
13388 – MARSEILLE Cedex 13
www.oamp.fr
Sujet de STAGE (2012-2013)
Ecole Doctorale « Physique et Sciences de la Matière »
Aix-Marseille Université
Titre : Couplage solide/gaz dans les disques protoplanétaires
Mots-clefs : Formation Planétaire – Ecoulements Diphasiques – Milieux granulaires
Nom et coordonnées du proposant : Pierre Barge – LAM/OAMP
Adresse : équipe "Système Solaire et Formation Planétaire"
LAM/OAMP – UMR6110 – Pôle de Cteau Gombert
38 rue F. Joliot-Curie - 13388Marseille – cedex 13
Contact : Tel: 04 91 05 59 84 - Fax : +33491661862 - E-mail : pierre.barge@oamp.fr
Co-encadrement : Elisabeth Guazelli - Groupe Ecoulement de Particules"
IUSTI, Polytech Marseille – 5 rue Enrico Fermi - 13453 - Marseille - cedex 13
sumé du stage :
Le travail proposé a pour cadre la nébuleuse protoplanétaire avant le découplage
solide/gaz , à une époque le matériau solide est encore sous forme de particules de
tailles diverse en suspension dans le gaz. Il s’inscrit dans un projet visant à explorer la
phase de formation des planétésimaux en utilisant une approche numérique. Le code
utiliest fonsur la thode des volumes finis ; il a été spécifiquement dévelopet
optimisé pour l'étude des disques protoplanétaires. Ce code permet de simuler
l’écoulement du gaz en respectant au mieux les effets non-linéaires liés à sa
compressibilité, mais aussi l'évolution d'une composante de particules solides
considérée comme un second fluide sans pression. Il permet d'étudier diverses
instabilités, notamment celles qui conduisent à la formation de structures
tourbillonnaires qui ont tendance à capter et à confiner le matériau solide présent dans
la nébuleuse. Dans ce type d’approche, le couplage aérodynamique gaz/particules est
généralement modéli de façon simple en distinguant deux régimes de friction
différents: le régime de Stokes pour les grosses particules et le gime d'Epstein pour
les particules de taille inférieure au libre parcours des molécules de gaz. Nous
proposons dans ce stage (i) de revisiter les approximations faites pour exprimer le
couplage gaz/particules et (ii) d’estimer l’importance des effets négligés (effets collectifs
et de sillage, ) dans les mécanismes de sédimentation vers le plan équatorial du
disque et de migration vers l’étoile. Le but de ce travail est de trouver une formulation
plusaliste des effets de friction que celle utilisée jusquprésent. On pourra se servir
pour tester les différents cas du code nurique existant. Cette nouvelle formulation
permettra ensuite de mieux comprendre comment la composante solide des disques
protoplanétaires parvient à se découpler du gaz pour former les premiers corps
solides, briques des planétoïdes primordiaux (les planétésimaux).
Laboratoire
d’Astrophysique de
Marseille (UMR-
6110)
Technopôle de Château-
Gombert
38, rue F. Joliot-
Curie
13388
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Sujet de STAGE (2012-2013)
Ecole Doctorale « Physique et Sciences de la Matière »
Aix-Marseille Université
Titre : Analyse in-situ du noyau des comètes 103P/Hartley 2 et
9P/Tempel 1
Mots-clefs : Système solaire, comète, mission spatiale EPOXI et Stardust-NExT
Nom et coordonnées du proposant : Olivier Groussin
Adresse : Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, 38 rue Frédéric Joliot-Curie,
13388 Marseille Cedex 13 Tél : 04 91 05 69 72 Email : olivier.groussin@oamp.fr
Résumé du stage :
La compréhension de la formation et de l’évolution des systèmes planétaires, dont
le Système Solaire, est un des grands enjeux scientifiques actuels. Les noyaux
cométaires, formés dans un environnement froid, loin du Soleil, sont d’excellents
traceurs de ces processus de formation et d'évolution, ce qui rend leur étude
particulièrement intéressante. Malheureusement, les noyaux cométaires sont
difficiles à observer depuis la Terre à cause de la coma qui les entoure et qui les
masque. Les observations in-situ sont donc le meilleur moyen d'étudier ces objets
en détail, mais ces observations sont en nombre très limité. Aujourd'hui, seuls cinq
noyaux cométaires ont été observés par des sondes spatiales: 1P/Halley en 1986,
19P/Borrelly en 2001, 81P/Wild 2 en 2004, 9P/Tempel 1 en 2005 et 2011, et
103P/Hartley 2 en 2010.
L'objectif de ce stage est l'étude in-situ de deux noyaux cométaires, celui des
comètes 103P/Hartley 2 (mission EPOXI) et 9P/Tempel 1 (mission Deep Impact et
Stardust-NExT). L'analyse des données d'imagerie visible et de spectroscopie
infrarouge (1-5 μm) permettra d'aborder de nombreux aspects des sciences
cométaires, comme les propriétés photométriques et thermiques, la géologie de
surface, ou encore les processus d'activité (poussière et gaz). L'accent sera mis sur
les études comparatives entre les différents noyaux cométaires observés in-situ,
mais aussi pour la première fois, entre un même noyau (9P/Tempel 1) observé in-
situ à deux instants différents (2005 et 2011).
L'utilisation de données uniques et récentes ainsi que leur exploitation scientifique,
au sein d'une équipe internationale de premier plan, constituent les aspects
particulièrement valorisants de ce stage. Sous réserve de l'obtention d'une bourse,
ce stage pourra se prolonger en thèse.
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38, rue F. Joliot-
Curie
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Sujet de STAGE (2012-2013)
Ecole Doctorale « Physique et Sciences de la Matière »
Aix-Marseille Université
Titre : Étude géologique de l'astéroïde Lutetia dans le cadre de la mission
Rosetta
Mots-clefs : Système solaire, astéroïde, mission spatiale Rosetta
Nom et coordonnées du proposant : Julien Gargani (IDES), Sylvain
Bouley (IMCCE), Olivier Groussin (LAM)
Adresse : Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, 38 rue Frédéric Joliot-Curie,
13388 Marseille Cedex 13 Tél : 04 91 05 69 72 Email : [email protected]
Résumé du stage : L'étude géologique des petits corps du Système Solaire est
une science nouvelle qui se développe progressivement depuis que les missions
spatiales ont permis d'obtenir des images à haute résolution de leur surface. Au
cours de la dernière décennie, plus de dix noyaux cométaires et astéroïdes ont
ainsi été visités par des sondes spatiales. Le récent survol des astéroïdes Steins
(septembre 2008) et Lutetia (juillet 2010) par la sonde européenne Rosetta en est
une belle illustration. Les images font apparaître de nombreuses structures très
variées : cratères, dépressions, failles, champs de débris, sillons, zones lisses,
glissements de terrain,… Du fait des conditions très particulières régnant à la
surface de ces objets : faible gravité, absence d'atmosphère, présence de régolithe,
activité sismique due aux impacts, nous sommes loin de comprendre tous les
processus physiques à l'oeuvre lors de la formation et l'évolution de ces structures.
L'objectif de ce stage est l'analyse géologique complète et détaillée d'une partie de la
surface de l'astéroïde : cartographie, identification des différentes unités géologiques, et
établissement d'une chronologie des évènements. Pour cela, le stagiaire s'appuiera sur
les images à haute résolution obtenues par les caméras OSIRIS embarquées sur la
sonde Rosetta ainsi que sur les données topographiques et photométriques extraites
de ces images : modèles numériques de terrain (MNT), hauteurs dynamiques, pentes
gravitationnelles, cartes d'albédo. Nous disposons également d'outils de visualisation et
d'analyse de MNT développés au cours de ces dernières années.
En fonction de l'avancement du stage, une étude plus quantitative d'un glissement de
terrain de l'astéroïde Lutetia pourra être menée, à partir d'un modèle numérique, afin
de contraindre les causes et la dynamique du glissement.
L'utilisation de données uniques et récentes ainsi que leur exploitation scientifique
dans le cadre d'une collaboration scientifique regroupant les compétences de trois
laboratoires, l'IDES et l'IMCCE pour la géologie et le LAM pour l'imagerie spatiale et la
modélisation de terrain, constituent les aspects particulièrement valorisants de ce
stage. Sous réserve de l'obtention d'une bourse, ce stage pourra se prolonger en thèse.
Le stage se déroulera au Laboratoire IDES (Interactions et Dynamique des
Environnements de Surface) à l'Université Paris-Sud à Orsay (91). Deux ou trois
missions de quelques jours seront organisées au Laboratoire d'Astrophysique
de Marseille (LAM).
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