Soutenance de thèse de Thomas RONNET

Les travaux développés durant cette thèse ont pour but d'étudier l'origine et les conditions de formation de systèmes de satellites qui seront les cibles de futures missions d'exploration spatiale telle que la mission MMX de la JAXA ayant pour but le retour d'échantillons collectés sur l'une des deux lunes de Mars, ou encore les futures missions JUICE de l'ESA et Europa Clipper de la NASA qui vont toutes deux explorer les lunes Galiléennes orbitant Jupiter. Plusieurs modèles numériques ont été développés afin de décrire l'évolution de disques protoplanétaires et protosatellitaires ainsi que celle de particules situées dans ces disques. Ces modèles furent appliqués à l'évolution de solides dans un disque circum-jovien où le rapport glace sur roche des particules fut suivi et comparé à ceux déduits pour les satellites Galiléens. Dans une étude suivante, l'évolution dynamique de planétésimaux initialement situés au bord extérieur du sillon ouvert par Jupiter dans le disque circumsolaire a été étudiée via des simulations N-corps. Le rôle décisif de la formation de Saturne aux environs de Jupiter dans l'approvisionnement en matériaux solides du disque circum-jovien fut mis en évidence. D'autre part, l'étude révèle que certains planétésimaux sont implantés dans la ceinture principale d'astéroïdes, révélant un potentiel lien entre les lunes de Jupiter et certains astéroïdes primitifs situés actuellement dans la ceinture principale. L'origine des lunes de Mars, Phobos et Deimos, fut également étudiée. Les travaux menés montrent que les spectres mesurés de la surface des lunes sont compatibles avec leur formation par impact géant sur Mars, alors que les autres scénarios proposés (capture gravitationelle ou co-accrétion des lunes) semblent en contradiction avec les propriétés orbitales ou bien les spectres observés des deux lunes. Finalement, les outils développés furent appliqués à différents sujets comme la composition des grains cométaires et seront utilisés dans le futur pour étudier la formation et l'origine de la composition des planètes du Système Solaire

The work developed during the course of this PhD aims at investigating the origin and conditions of formation of satellites systems that will be the target of future space exploration missions, such as the JAXA MMX mission, aiming at returning a sample from one of the two martian moons, and the future ESA JUICE and NASA Europa Clipper missions that will both explore the Galilean moons orbiting around Jupiter. Several numerical models have been developed to describe the evolution of protoplanetary and protosatellite disks and follow the evolution of particles embedded within them. These models were applied to the evolution of solids within a circum-jovian disk, including the so-called pebbles, where the ice-to-rock ratio of the particles was tracked and compared against those inferred for the Galilean moons. In a subsequent study, the dynamics of planetesimals located at the outer edge of the gap opened by Jupiter in the circumsolar gas disk were investigated using N-body simulations. The decisive role of Saturn’s formation nearby Jupiter in the delivery of these planetesimals to the circum-jovian disk was evidenced. It was also found that some planetesimals are implanted in the main asteroid belt, unveiling a potential link between the Galilean moons and primitive asteroids currently located in the main belt. The origin of the martian moons, Phobos and Deimos, has also been investigated. The study reveals that the observed spectra of the moons are consistent with their formation following a giant impact on Mars, whereas other proposed scenarios (intact capture or co-accretion) seem at odd with either the orbital or spectral properties of the moons. Finally, the tools developed allowed for the investigation of various subjects such as the composition of cometary ices and the irradiation of grains in the primordial Solar nebula and will further be applied to the formation and composition of the planets of the Solar System.