Soutenance de thèse de BENEST Tom

Résumé de la thèse

Cette thèse explore la formation des planètes géantes du Système solaire et de leurs lunes à travers l'étude de la composition de la nébuleuse protosolaire (PSN). L'intérêt porté au potentiel des lunes glacées comme environnements favorables à la vie constitue également une motivation majeure de ce travail.
La première partie s'intéresse à la structure interne d'Uranus, à partir des mesures de son rapport D/H et de la composition de son atmosphère, ainsi qu'à l'origine des compositions enrichies en carbone des planètes géantes. L'étude s'appuie sur un modèle d'évolution de la PSN et de sa composition volatile, comparant les abondances simulées avec celles observées dans les planètes géantes. Les résultats indiquent que les éléments constitutifs d'Uranus et Neptune se sont probablement formés près de la ligne de glace du CO. De plus, la valeur du rapport D/H d'Uranus est compatible avec une structure interne qui ne serait pas dominée par la glace d'eau, mais inclurait d'autres espèces traces ou un mélange de roches et de glaces. Enfin, l'enrichissement en carbone des planètes géantes apparaît cohérent avec une formation de leurs constituants dans la PSN entre 4 et 15 UA, région où le rapport C/O est similaire.
La deuxième partie porte sur la formation de molécules organiques complexes (COMs), considérées comme des ingrédients essentiels de la vie et détectées dans les comètes et les lunes glacées. Leur formation dans la PSN et leur transport vers l'orbite de Jupiter, où elles pourraient s'incorporer dans le disque circumplanétaire (CPD), ont été étudiés grâce à un modèle lagrangien calculant les trajectoires de particules. Celui-ci simule les conditions de température et d'irradiation UV subies par les grains glacés, pour les comparer aux conditions des expériences de laboratoire formant des COMs. Les résultats montrent que la majorité des particules (mesurant de 1 μm à 1 cm) favorisent la formation de COMs, mais que moins de 50 % d'entre elles parviennent à les transporter jusqu'à l'orbite de Jupiter, certains cas n'en transportant aucune. En combinant ce modèle avec un modèle d'évolution du CPD, il apparaît que les briques constitutives des lunes galiléennes pourraient être riches en COMs si leur formation s'est produite entre 4 et 50 RJup.
Ce travail constitue une première étape vers une meilleure compréhension de l'histoire et de la composition des planètes géantes et de leurs lunes, en attendant les missions JUICE et Europa Clipper, qui fourniront des données plus précises sur les lunes galiléennes.