Thème “Planètes et Lunes”
Organisation du thème :
- Structure et évolution des intérieurs
– Structure interne de Mars
– Evolution comparée des intérieurs telluriques
– Différentiation et évolution des lunes-océans - Caractérisation et dynamique des surfaces
– Tectonique, volcanisme, composition et lien avec la dynamique interne
– Interaction subsurface/surface/atmosphère: écoulement, éruption et transport éolien
– Caractérisation des croûtes primitives: Mercure, Mars, Lune, Phobos… - Environnements anciens et Habitabilité
– Environnement ancien de Mars – données orbitales
– Environnement ancien de Mars – données in situ
– Habitabilité des lunes-océans - Physique et évolution des exoplanètes de taille terrestre
– Evolution thermique des exoplanètes rocheuses, planètes océans et exolunes
Descriptif:
Le thème “Planètes et Lunes” est en partie dédié à l’étude des corps glacés du Système solaire, en particulier les lunes de Jupiter et de Saturne et les planètes naines Pluton et Cérès, en combinant observation, expérimentation et modélisation. Au cours des deux dernières décennies, l’étude de ces corps glacés a pris un essor particulier grâce à la mission NASA/ESA/ASI Cassini–Huygens en opération autour de Saturne de 2004 à 2017. Cette mission a révélé que les lunes de Saturne, notamment Titan et Encelade, étaient animées d’une activité encore plus riche et intense que ce que l’on imaginait. La période 2022-2027 constitue une période charnière avec la fin de l’exploitation de la mission Cassini-Huygens et la préparation de futures grandes missions d’exploration du système de Jupiter (missions ESA JUICE, NASA Europa Clipper). En outre, les données collectées par les missions NASA DAWN et New Horizons autour des planètes naines glacées Cérès et Pluton, ainsi que les détections grandissantes de planètes riches en eau autour d’autres étoiles ouvrent des nouveaux champs d’applications. Des comparaisons avec des terrains glacés analogues sur Terre et Mars sont également effectuées au sein de ce thème, en lien avec le thème “Terre”.
Les recherches s’articulent autour de plusieurs axes principaux. L’un des axes est dédié à l’exploitation des données spatiales (principalement Cassini–Huygens, mais également Galileo pour le système de Jupiter) et à la préparation des futures missions, avec Titan, Encelade, Europe et Ganymède comme objets d’étude phares. Un autre axe est dédié à la caractérisation des processus affectant l’évolution des mondes glacés dans une approche comparative, en s’intéressant à une vaste gamme d’objets allant de petits satellites comme Encelade aux grosses planètes-océans attendues autour d’autres étoiles.
Le thème Planètes et Lunes est également dédié aux recherches sur les planètes et corps de type tellurique. Nous utilisons des compétences diverses et complémentaires pour étudier ces corps grâce à des observations, modélisations et expérimentations. La planète Mars, avec actuellement huit sondes spatiales en orbite et 2 rovers actifs à la surface, est la plus étudiée, mais nos recherches s’étendent également à Mercure, Vénus, La Lune, ou encore les exoplanètes. Dans le cas de Mars, nous participons notamment aux missions spatiales Insight, Curiosity, Perseverance, Mars Express, Mars Reconnaissance Orbiter, TGO, Maven. Quelques exemples de résultats sont donnés en bas de cette page.
Les recherches conduites dans ce thème sont fondées sur des développements méthodologiques forts. Les modèles numériques développés s’appuient par exemple sur des études expérimentales des interactions roche-organique-glace/eau dans des conditions représentatives (0.1-4 GPa, 300-800 K) des intérieurs des corps glacés (Europe, Ganymède, Titan, Encelade, Cérès, Pluton, Triton), grâce à des appareillages expérimentaux (piston-cylindre, autoclave, cellule à enclume de diamants). Plusieurs actions s’inscrivent également dans les programmes d’observation, comme l’acquisition de spectres infrarouges et raman de minéraux et glaces de référence, voire d’images hyperspectrales, en support aux missions spatiales (contribution à la base SSHADE, participation aux opérations des instruments ChemCam et Supercam sur les rovers martiens, …). La cartographie des surfaces bénéficie également de développements conduits en réalité virtuelle, ainsi que de l’augmentation des capacités de calcul. Enfin notre expertise nous permet de contribuer très régulièrement à la préparation des missions futures (White papers ESA/NASA), dès la phase de définition des instruments. La figure ci-dessous reprend la liste des missions spatiales dans lesquelles des membres du LPG sont impliqués.
Les intérieurs des différents corps du Système Solaire restent souvent difficiles d’accès et peu contraints. Pourtant, comprendre leur diversité permet de mieux appréhender les processus impliqués dans l’évolution de la Terre elle-même. Une connaissance précise de la structure interne de Mars est indispensable pour comprendre sa formation et son histoire géologique. En l’absence de mesures sismologiques sur d’autres corps, comment caractériser la structure et la dynamique des intérieurs telluriques ? Comment expliquer la différentiation et l’évolution des planètes et des lunes-océans ? Les modèles d’intérieur combinés avec les observations géophysiques (altimétriques, radar, gravimétriques, magnétiques, sismiques si disponibles, paramètres de rotation des corps planétaires…) et/ou des expériences en laboratoire constituent une approche essentielle pour répondre à ces questions.
Les surfaces planétaires sont caractérisées par des structures géologiques diverses, ainsi que des compositions chimiques et minéralogiques variées qui traduisent des histoires géologiques complexes. Le transport des volatils (H2O, CO2, clathrates, …) joue-t-il un rôle primordial dans l’évolution des surfaces planétaires ? Comment les observations de surface nous permettent de mieux comprendre le couplage avec la dynamique interne ? Quelles sont les caractéristiques des surfaces sans atmosphères ? Pour répondre à ces questions, nous nous appuyons sur des observations orbitales (télédétection, modèles numériques de terrain), des expériences analogiques en laboratoire, des analogues terrestres et de la modélisation numérique.
La recherche de la Vie dans le système solaire reste un objectif majeur de la planétologie. Sans effectuer des recherches d’exobiologie proprement dite, nous traitons de ce sujet en étudiant l’habitabilité des corps planétaires (Mars, Europe, Encelade, Titan), afin de déterminer les conditions environnementales (T°, pH, salinité, etc.) qui auraient pu aboutir à la Vie sur ces corps. Mars bénéficie d’une extraordinaire couverture orbitale et in situ. Notre implication dans les missions en cours et à venir, à la fois dans la programmation des observations et dans leur analyse, nous garantit un accès privilégié aux données. Pour les lunes océans, des travaux de modélisation sont menés à la fois pour interpréter les données des missions passées, et en préparation à l’interprétation des données géophysiques des missions à venir.
Les compétences des membres du laboratoire en géophysique et en modélisation numérique concernant la caractérisation des principaux corps planétaires peuvent également s’appliquer à un domaine en plein essor : les exoplanètes de taille terrestre, rocheuses ou planètes océans. Ce sujet est abordé d’une manière plus prospective dans le dernier sous-thème, pour déterminer de quelle manière la taille et composition de la planète contrôlent l’évolution thermique de ces corps.
Quelques “Pépites” du thème “Planètes et lunes” : Caravaca 2022, Ansan 2023, Terra-Nova 2023, Sotin 2023, Bollengier 2024, Conway 2024, Mangold 2024, Perrin 2024, Sotin 2024, Le Mouélic 2024, Ansan2022, Beucler2022a, Beucler2022b, Carpy2023a, Carpy2023b, Dehouck2022, Dumoulin2023, Grau2022b, Grau2022a, Langlais2022a, Langlais2022b,Langlais2022c, Mangold2022, Perrin2023,