Proposition d’un sujet de thèse au LPG

"Déduction des effets de marée et de charge dans le champ de gravité de Mars et Vénus" / En septembre 2022, à Nantes.

En l'absence de données sismiques globales, les mesures gravimétriques depuis l'orbite sont des outils puissants pour sonder la structure interne et l'état thermique des corps planétaires. Elles sont largement utilisées pour estimer les épaisseurs crustales et lithosphériques ainsi que le régime dynamique du manteau (support dynamique de la topographie, nombre de panaches...), sur toutes les planètes terrestres et même certaines lunes. Cependant, les variations des coefficients de faible degré du champ de gravité à différentes échelles de temps (diurne, saisonnière, décennale) peuvent également être utilisées pour contraindre la réponse viscoélastique du corps solide à divers forçages. Cela inclut les déformations dues aux marées diurnes, les variations de la charge de surface dues aux cycles saisonniers, ou même la relaxation à long terme due aux variations de l'état de rotation. L'amplitude de la réponse est contrôlée par les propriétés mécaniques des couches internes. Le suivi des variations temporelles des principaux coefficients du champ de gravité à ces différentes échelles de temps est donc d'une grande aide pour mieux contraindre la structure radiale de la planète (taille et état du noyau) mais aussi la viscosité du manteau.

Sur Mars, le cycle saisonnier de condensation et de sublimation du CO2 atmosphérique au niveau des calottes polaires est la principale contribution, après les marées solaires, aux variations temporelles à court terme du champ de gravité. Des variations plus faibles sont attendues en raison des variations des effets de marée résultant de l'excentricité de son orbite autour du Soleil. Une contribution plus faible devrait également se produire par la relaxation viscoélastique de l'intérieur en réponse aux variations de la charge de surface à des échelles de temps beaucoup plus longues en réponse aux changements de l'obliquité de l'axe de rotation de la planète. Ces variations de faible amplitude, non encore quantifiées, peuvent être retrouvées en retraitant les données de suivi radio Doppler acquises par les différentes missions en opération autour de Mars au cours des 25 dernières années.

Sur Vénus, outre les fluctuations de marée, on s'attend également à des changements de gravité dus à la modulation du couplage atmosphère-intérieur, entrainant des variations de charge à la surface. Une petite variation séculaire devrait également se produire en raison de la relaxation viscoélastique de la planète en réponse au changement de vitesse de rotation. Ces effets n'ont pas été détectés avec la solution actuelle du champ de gravité mais sa précision devrait être améliorée de manière significative avec les futures missions d'orbiteurs vers cette planète (EnVision, VERITAS). La combinaison des mesures acquises par la mission EnVision de l'ESA avec celles acquises par la mission VERITAS de la NASA et les données de la mission passée Magellan fournira une opportunité unique de quantifier les variations annuelles à décennales du champ de gravité. Le travail proposé dans cette thèse sera essentiel pour préparer les futures campagnes d'observation et apporter les résultats scientifiques de l’expérience de radio-science et de gravité à bord de la mission EnVision, menée par le LPG avec le soutien du CNES.

 

Les objectifs de la thèse sont :
- (re)traiter les données de suivi radio Doppler des sondes en orbite autour de Mars (Mars Global Surveyor, Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter, MAVEN de la NASA, Trace Gas Orbiter de l'ESA) afin d'affiner la solution des variations temporelles du champ de gravité martien. Ce traitement des données de suivi sera effectué avec le logiciel d'orbitographie GINS développé par le CNES et utilisé au LPG.

- Modéliser la réponse viscoélastique de Mars en utilisant un modèle actualisé de la structure interne, afin d'interpréter les résultats du traitement des données de suivi. Ce modèle a été développé au LPG et déjà appliqué aux satellites de glace et à Vénus. Il prendra en compte les effets de marée et de charge à différentes longueurs d'onde spatiales et échelles de temps. 

- Calculer les variations temporelles à court terme du champ de gravité vénusien dues au couplage atmosphère/planète solide, en utilisant le modèle viscoélastique déjà développé pour Vénus, en supposant diverses structures et états internes cohérents avec l'évolution rotationnelle de Vénus. 

- Quantifier l'amplitude attendue des variations séculaires du champ de gravité vénusien dans les données de suivi des futures missions VERITAS et EnVision qui devraient être lancées vers la planète en 2028 et 2031, respectivement. Les simulations utiliseront les scénarios de mission pour le niveau de bruit et la couverture des données de suivi et seront réalisées avec le logiciel GINS.

 

Profil
Bonnes connaissances en mécanique orbitale des satellites artificiels, en analyse harmonique, en shell script et fortran. Bonnes connaissances en géophysique interne de la Terre ou des planètes terrestres. Spécialité du Master : Ingénierie spatiale, modélisation de l'intérieur de la Terre et des planètes.

 

Informations complémentaires
Les bourses de recherche doctorale d'une durée de 3 ans sont attribuées aux jeunes diplômés titulaires d'un Master délivré par une université ou d'un diplôme équivalent. Cette formation théorique et pratique à la recherche doit déboucher sur une soutenance de thèse. Le contrat doit être cofinancé à parts égales par le CNES et un partenaire financier (organisme public, industriel, région, etc.). Ce partenaire financier doit être trouvé par le laboratoire proposant le sujet. Le montant brut à la charge du partenaire cofinanceur est de 53 685 € pour les trois années complètes.

La thèse sera encadrée par Pascal Rosenblatt, le contacter à l'adresse pascal.rosenblatt@univ-nantes.fr