Modélisation photochimique de l'atmosphère de Triton

Abstract

Neptune et ses satellites n'ont été étudiés in situ que lors de la mission Voyager 2, la sonde ayant traversé ce système en 1989. Ce passage a permis de révolutionner notre compréhension de la planète, mais aussi celle de son principal satellite, Triton. Ce satellite est un des corps les plus froids du Système solaire, avec une température de surface de seulement 38 K. Triton est situé sur une orbite très inclinée et rétrograde, et est similaire sur plusieurs aspects à Pluton. Il est donc probable qu’il soit une planète naine, qui aurait été capturée par Neptune. Voyager 2 a mis en évidence que Triton possède une atmosphère ténue, principalement composée de N2. Une ionosphère dense a également été détectée. Elle serait entretenue par la précipitation d’électrons provenant de la magnétosphère complexe de Neptune, Triton étant très éloigné du Soleil. Depuis la mission Voyager 2, nos connaissances sur Triton et son atmosphère ont peu évolué, les observations précises depuis la Terre étant rendues difficile par la distance qui nous sépare de Neptune.Cependant, depuis quelques années, la communauté scientifique encourage le développement et l'envoi d'une nouvelle mission vers Uranus ou Neptune, ces deux planètes étant les moins bien comprises de notre Système solaire car elles n’ont jamais été étudiées à l’aide d’une mission orbitale. Cela pose problème pour la caractérisation des exoplanètes, la plupart d'entre elles étant similaires en taille et en masse aux géantes glacées. De plus, l'intérêt pour Triton s'est fortement développé ces dernières années car certaines observations laissent supposer l’existence d'un océan liquide sous sa surface. Une mission vers Neptune et Triton permettrait donc de mieux caractériser ces corps lointains, et potentiellement d’obtenir des informations sur la possibilité de développer la vie dans le Système solaire externe.Pour préparer une telle mission, des résultats théoriques provenant de modèles sont nécessaires pour la conception des instruments embarqués. Or, les derniers modèles photochimiques de l’atmosphère de Triton ont été développés au milieu des années 1990, à la suite du survol de Voyager 2. Ils utilisaient donc des réseaux chimiques rudimentaires en comparaison de ceux utilisés actuellement. Développer un nouveau modèle de cette atmosphère est donc nécessaire, en particulier pour intégrer un réseau chimique à la pointe de nos connaissances, ce qui pourrait changer notre compréhension de la chimie atmosphérique de Triton. Le développement d’un tel modèle est l'objet de ce travail de thèse. Celui-ci permet de calculer la composition de cette atmosphère et d’identifier les processus clés ayant une influence sur celle-ci. Pour cela, nous nous sommes basés sur un modèle photochimique de l'atmosphère de Titan, que nous avons adapté aux conditions de Triton. Cette transposition est possible car N2 et CH4, les deux principaux composés de l’atmosphère de Titan, ont été détectés dans celle de Triton. Nous avons également complété le réseau chimique d'origine pour l'adapter à la composition de l'atmosphère de Triton. Du fait des températures extrêmes de cette atmosphère, les incertitudes sur la composition atmosphérique sont importantes. Nous avons donc identifié les réactions chimiques qui ont le plus d'impact sur les incertitudes du modèle, afin qu’elles soient (ré)étudiées par les chimistes.Après le développement d'une première version du modèle, nous l’avons couplé avec un modèle de transport électronique, TRANSPlanets, pour mieux modéliser l’interaction entre l’atmosphère de Triton et la magnétosphère complexe de Neptune. L’utilisation d’un tel modèle nous permet de calculer les taux d’électro-ionisation et d’électro-dissociation directement à partir d’un flux de précipitation électronique. Ce couplage nous permet d'obtenir des résultats nominaux cohérents avec les observations de Voyager 2.