Soutenance de thèse de AMSLER MOULANIER Alizée
Titre de thèse
Évolution physico-chimique des hydrosphères des lunes de glace.
Physico-chemical evolution of icy moon's hydrospheres
Résumé de la thèse
Depuis la découverte des premières lunes de glace par Galilée en 1610, ces corps ne cessent de susciter des interrogations quant à leur composition, leur processus de formation et leur évolution. De nombreuses observations et mesures réalisées ces dernières décennies grâce aux télescopes et missions spatiales, ont permis de mettre en évidence les nombreuses caractéristiques uniques, et parfois inattendues, de ces lunes de glace. Parmi celle-ci, Europe, Ganymède, Callisto, Titan et Encelade interrogent par leurs spécificités, mais aussi par la potentielle présence d'un océan sous leur croûte glacée. La présence d'un tel océan soulève la question de leur possible habitabilité, surtout pour Europe et Encelade dont l'océan est en contact avec leur manteau rocheux.
Le système de Jupiter, actuellement étudié par la sonde JUNO, sera intensément exploré au cours de la prochaine décennie par les missions ESA/JUICE et NASA/Europa Clipper respectivement lancées en 2023 et 2024. Les futures données acquises par ces missions permettront un bond en avant majeur dans notre compréhension de leurs conditions de formation et de leur habitabilité potentielle, sous la réserve d'interpréter correctement ces données en termes de processus physiques et chimiques survenus au cours de l'évolution des lunes.
Dans ce contexte, cette thèse vise à évaluer comment les processus opérant après l'accrétion ont affecté la nature et la distribution des espèces volatiles présentes dans les hydrosphères des lunes de glace. Elle se concentre plus particulièrement sur la phase primordiale des lunes, appelée phase d'«océan ouvert», qui précède la formation de la croûte de glace au-dessus de l'océan. Trois processus sont pris en compte dans la modélisation de la composition de l'hydrosphère primordiale : l'équilibre entre l'océan et l'atmosphère primordiale, la formation de clathrates et les interactions eau-roche. Deux études ont été menées au cours de cette thèse. La première se focalise sur Europe, et l'influence des différents volatiles accrétés sur la composition de son hydrosphère primordiale. La seconde porte sur Titan et examine comment la formation de clathrate durant sa phase primordiale pourrait expliquer l'absence de gaz rares dans son atmosphère actuelle.
Les résultats de cette thèse visent à fournir des informations clés pour faciliter l'interprétation des données des futures missions Europa-Clipper et JUICE, notamment en ce qui concerne la composition de l'océan. Ces mesures, attendues notamment grâce aux spectromètres de masse JUICE/NIM et Clipper/MASPEX, permettront de mieux contraindre les scénarios de formation d'Europe et les processus clés impliqués dans son évolution.
Thesis resume
Since Galileo discovered the first icy moons in 1610, these bodies have continued to raise questions about their current composition, formation process, and evolution. Numerous observations and measurements made in recent decades using telescopes and space missions have revealed the many unique and sometimes unexpected characteristics of these ice moons. Among these bodies, Europa, Ganymede, Callisto, Titan, and Enceladus are of particular interest due to their specific characteristics, but also because of the potential presence of an ocean beneath their icy crust. The presence of such an ocean raises the question of their possible habitability, especially for Europa and Enceladus, whose oceans are in contact with their rocky mantles. Jupiter's system will be intensively explored over the next decade by the ESA/JUICE and NASA/Europa Clipper missions, launched in 2023 and 2024 respectively. The future data acquired by these missions will enable a major leap forward in our understanding of their formation conditions and potential habitability. However, this will only be possible if these data are correctly interpreted in terms of the physical and chemical processes that occurred during the moons' evolution.
In this context, this thesis aims to evaluate how the processes that occurred after accretion, affected the nature and distribution of volatile species present in the hydrosphere of icy moons. It focuses more specifically on the earliest phase of the moons' existence, known as the “open ocean” phase, which precedes the formation of the ice crust above the ocean. In order to model the evolution of the composition of the primordial hydrosphere of the icy moons, three processes are taken into account: the equilibrium between the ocean and the primordial atmosphere, the formation of clathrates, and water-rock interactions. Two studies were conducted during this thesis. The first one focuses on Europa and the influence of the abundance of different accreted volatiles on the composition of its primordial hydrosphere. The second focuses on Titan and examines how clathrate formation during its primordial phase could explain the absence of noble gases in its current atmosphere.
The results of this thesis aim to provide key information to facilitate the interpretation of data from future Europa Clipper and JUICE missions, particularly with regard to the composition of the ocean. These measurements, expected in particular from the JUICE/NIM and Clipper/MASPEX mass spectrometers, will provide greater insight into the scenarios for Europa's formation and the key processes involved in its evolution.