Description du sujet de thèse

L'exploration des systèmes de Jupiter et de Saturne par les missions Galileo et Cassini-Huygens, respectivement, a révélé que plusieurs de leurs lunes possèdent un océan d'eau salée sous leur surface froide et glacée. Les observations de divers sels sulfates et chlorés à la surface d'Europe et de Ganymède ainsi que dans le panache éruptif d'Encelade suggèrent une origine océanique et apportent des contraintes sur l'éventuelle composition océanique. Pour les plus grandes lunes (Ganymède, Callisto et Titan), en raison de la haute pression atteinte dans leurs intérieurs, l'existence de phases de glace à haute pression capables d'incorporer dans leur réseau de grandes quantités de sels peut fortement affecter les processus de différenciation chimique conduisant à la formation des océans internes. De la même manière que dans le cas des glaces salées, des composés gazeux légers, tels que H2, CH4 et N2, peuvent également être incorporés dans de ces phases glacés haute-pression et pourraient ainsi être stockés dans les profondeurs intérieures et libérés sporadiquement au cours de l'évolution intérieure. Ces lunes glacées se sont probablement formées à partir d’un mélange complexe de glaces, de matières organiques et de minéraux silicatés, qui évolue ensuite à mesure que leur intérieur se réchauffe progressivement et se différencie chimiquement. Au-delà des grandes lunes de glace, des processus similaires pourraient également affecter la structure et l’évolution thermochimique d’exoplanètes riches en eau, affectant ainsi la composition de leur atmosphère. Le stockage et le transport de sels et de gaz légers par des phases de glace intégrant ces composés dans leur structure peuvent avoir un impact majeur sur l'évolution chimique et donc sur l'habitabilité de ces mondes océaniques.

Le travail de thèse s’effectuera dans le cadre du projet ANR « EXOTIC-ICES » (2024-2028 ), impliquant trois laboratoires en France (IMPMC, Paris ; LPG, Nantes ; IPGP, Paris), dédié à la caractérisation des propriétés exotiques des glaces remplies de gaz et d'ions dans des conditions extrêmes et leurs implications pour les intérieurs planétaires riches en eau. Dans ce contexte, l'objectif des travaux de thèse est de déterminer dans quels contextes planétaires des phases de glace à haute pression remplies de sel et de gaz peuvent exister et de caractériser leurs impacts sur la structure interne, la dynamique et l'évolution chimique des grandes lunes glacées et des lunes extrasolaires riches en eau. planètes. Ce travail de modélisation s'appuiera sur les données expérimentales et les calculs ab initio fournis par les partenaires du projet (IMPMC & IPGP, Paris) concernant la stabilité et les propriétés de ces phases de glace. À l'aide de codes de convection thermique et de modèles paramétrés 1D, nous quantifierons la quantité de H2 et de CH4 pouvant être libérées par les interactions eau-roche et la dégradation thermique des composés organiques, stockées dans des phases de glace remplies et ensuite transportées à travers l'hydrosphère jusqu'à la surface. Ces modèles seront utilisés pour prédire le taux de libération de H2/CH4 au fil du temps et son impact sur l'évolution de l'atmosphère de Titan et des exoplanètes riches en eau, telles que les planètes Trappist-1. Les interactions sel-glace-eau seront également modélisées tout au long de l'évolution de ces intérieurs riches en glace, depuis l'accrétion jusqu'à présent, et seront utilisées pour prédire la répartition des composés salés entre l'océan et le manteau de glace à haute pression. À l'aide des résultats du modèle, des profils synthétiques de densité et de conductivité électrique prenant en compte différentes teneurs et distributions de sels seront construits et utilisés pour prédire les signatures magnétiques et gravimétriques de la répartition de sels entre l'océan et la couche de glace à haute pression en préparation de la mission ESA Jupiter icy moon explorer (Juice)

Contexte de travail

Le travail de thèse sera réalisé sous l’encadrement de Gabriel Tobie (LPG), Gaël Choblet (LPG) et Livia Bove (IMPMC), dans le cadre du projet ANR EXOTIC-ICES, coordonné par L. Bove (IMPMC) et en partenariat avec le LPG et l’IPGP. La personne recrutée sera rattachée à l’Ecole doctorale 3MG (Matière, Matériaux et Géosciences, et au Graduate Programme Earth and Planetary Sciences de Nantes Université. La personne recruté effectuera son travail au sein du Laboratoire de Planétologie et Géosciences (LPG – UMR 6112), situé sur le campus de l’UFR Sciences et Techniques de Nantes Université (bat. 4, 2 rue de la Houssinière, 44322 Nantes) et sera placé sous la responsabilité du Directeur de l’UMR.
Le Laboratoire de Planétologie et Géosciences (LPG - UMR 6112) est une unité de recherche pluridisciplinaire créée en 2000 et répartie sur 3 sites : Nantes Université, Université d'Angers et Université du Mans. Le LPG est un acteur majeur à l'international dans le domaine des Sciences de la Terre et de l'Univers. Les objets d'étude du laboratoire s'étendent sur un spectre disciplinaire très large actuellement répartis sur trois thèmes. Ses recherches s'inscrivent dans le cadre de missions spatiales internationales passées, actuelles, et en projet vers les corps telluriques et glacés du système solaire. Sur Terre, les recherches concernent les géosciences au sens large, depuis l'intérieur et la surface de la Terre (imageries, observations, analyses et modélisation, dans les domaines de la géophysique, de la géochimie et du numérique) jusqu'aux thématiques de l'environnement et des paléoenvironnements, avec de nombreuses missions à terre et en mer.
La personne recrutée travaillera principalement sur le thème « Planètes et Lunes » du LPG, et sera amené à collaborer avec différents enseignants chercheurs et chercheurs du LPG et des laboratoires partenaires dans le cadre du projet ANR EXOTIC-ICES. Des déplacements à l’international sont à prévoir.