Description du sujet de thèse

Au-delà de la ceinture d’astéroïdes, la plupart des corps solides contiennent probablement une fraction importante de glace d’eau et de composés organiques. L’exploration du système de Jupiter et de Saturne par des missions spatiales (Galileo et Cassini-Huygens) a révélé que certaines de leurs lunes glacées possèdent un océan d’eau salée sous leur surface glacée, interagissant potentiellement avec des roches et des composés organiques complexes. En particulier, Cassini a identifié des signes d’activité hydrothermale à l'intérieur d'Encelade, où l'eau chaude alimentée par un fort réchauffement des marées interagit probablement avec les minéraux rocheux et les composés organiques. Des environnements aqueux similaires riches en matières organiques peuvent également exister, du moins dans le passé, dans divers autres objets glacés autour de Saturne, mais aussi autour d'Uranus et de Neptune, et même au-delà de l'orbite de Neptune. Plusieurs de ces objets glacés, notamment Europe autour de Jupiter, Dione et Mimas autour de Saturne, Ariel autour d'Uranus, Triton autour de Neptune ou certains systèmes doubles, comme Pluton-Charon, Éris-Dysmonie, Orcus-Vanth, pourraient avoir connu des périodes d’intenses productions de chaleur due aux interactions des marées, éventuellement amplifiée par la présence de matière organique hautement déformable. En conséquence, des conditions comparables à celles observées aujourd’hui sur Encelade pourraient s’être produites à certaines périodes de leur évolution.

Le présent projet de thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR « OSSO-BUCO » (2024-2028), en partenariat entre le LGL-TPE (Lyon) et le LPG (Nantes), dédié à l'étude des objets externes du système solaire contenant une fraction importante de carbone. Dans ce contexte, l'objectif des travaux de thèse est de quantifier l'effet de la matière organique sur la structure, la dynamique et l'évolution thermique des lunes glacées et des planètes naines glacées. L'objectif principal est de déterminer comment la présence de composés carbonés affecte la génération de chaleur par friction des marées et le transfert de chaleur et de masse vers les fonds marins océaniques des corps glacés. Les travaux de modélisation combineront des approches numériques 3D et 1D pour calculer le chauffage de marée et le transfert de chaleur par convection. Ces simulations intégreront de nouvelles données expérimentales sur les propriétés thermomécaniques des composés riches en carbone acquises dans le cadre de l'ANR OSSO BUCO. Le modèle d'évolution thermochimique sera appliqué à différentes lunes glacées (Encelade, Dione, Ariel, Triton, Europe) et planètes naines pour lesquelles des informations sur la composition de surface sont disponibles (Pluton-Charon, Eris-Dysmonia, Orcus-Vanth...). La comparaison de Pluton, Triton et Eris, ou Mimas et Encelade, ou Ariel et Dione, fournira des contraintes supplémentaires sur le contenu initial en COM de chacun d'eux, renseignera sur l'impact du COM sur l'évolution thermochimique et l'état actuel de chaque OSSO. Pour ces différents corps, nous étudierons comment le chauffage de marée a pu affecter l'évolution de la matière organique et son interaction avec les fluides aqueux. Nous étudierons le rôle de la compaction et de la dégradation thermique de la matière organique sur l'évolution de la partie interne et sur le transport des fluides vers l'océan. Pour ces différents corps, nous prédirons le flux et le timing du dégazage produit par la dégradation du COM et prédirons les éventuelles signatures de surface de ces processus de dégazage qui seront comparées aux données spectrales disponibles fournies notamment par JWST.

Contexte de travail

Le travail de thèse sera réalisé sous l’encadrement de Gabriel Tobie (LPG), Marie Behounkova (Charles Univ. Prague) et Aurélie Guilbert-Lepoutre (LGL-TPE), dans le cadre du projet ANR OSSO BUCO, coordonné par B. Reynard (LGL-TPE), en partenariat entre le LGL-TPE et le LPG. 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 OSSO-BUCO. Des déplacements à l’international, en particulier à l'Université Charles à Prague, sont à prévoir.