Description du sujet de thèse

La détermination in situ de la distribution de taille, de la concentration et de la nature (liquide, glacée, solide) des aérosols n'est souvent pas bien connue pour les différentes atmosphères planétaires. Cependant, ces paramètres sont essentiels pour évaluer l'équilibre radiatif de la planète, sa dynamique atmosphérique et les processus microphysiques de formation des aérosols.

L'étude R&T LOAC-S (Light Optical Aerosols Counter - Space) en tant que développement précoce de l'instrument LONSCAPE (Light Optical Nephelometer Sizer and Counter for Aerosols for Planetary), soutenue par l'agence spatiale CNES, est en cours afin de concevoir une version spatiale (au niveau de maturité technologique TRL 5) de l'instrument LOAC existant qui est un compteur d'aérosols et un néphélomètre optique utilisé de manière routinière depuis le début de 2013 pour les vols sous tous les types de ballons dans l'atmosphère terrestre. Cet instrument permet l'étude in situ de certaines propriétés physiques (concentration, distribution de taille, typologie) des aérosols présents dans l'atmosphère. L'objectif est de faire voler un prototype LOAC-S/LONSCAPE sur le nanosat AEROSAT CNES. La poursuite de ce projet se fera dans le cadre d'une collaboration scientifique entre le LPC2E (Orléans) et le LAM (Marseille). Une collaboration a déjà été établie avec JPL/NASA autour de l'accouplement de LOAC-S/LONSCAPE à un spectromètre de masse.

L'avantage global de LOAC-S/LONSCAPE est qu'il peut être déployé sur diverses missions spatiales pour des lunes/planètes ciblées clés comme Mars, la Lune et Encelade (par exemple Moonraker). L'instrument pourrait également être utilisé dans un projet d'étude de l'atmosphère des géantes gazeuses comme Saturne à bord d'une sonde de descente.

Il devient essentiel de penser maintenant aux aspects modélisation/simulation de LOAC-S/LONSCAPE. En effet, la configuration globale de la réponse théorique de l'instrument pendant tout le processus de traitement est une étape clé qui reste à développer.

L'objectif principal de la thèse est de développer un modèle générique de la chaîne LOAC-S/LONSCAPE afin d'avoir un outil d'ingénierie pour adapter l'instrument aux missions futures. La surveillance de la distribution des particules en fonction de leur injection dans l'instrument, de leur diffusion, de la chaîne de traitement et de l'algorithme permettra d'évaluer, d'adapter et d'optimiser la paramétrisation de LOAC-S/LONSCAPE en fonction de l'environnement ciblé. Un vol à bord d'AEROSAT (nanosatellite CNES) fournira des données et une base précieuse pour l'évaluation de l'instrument. La précision de la mesure sera également abordée. De plus, le travail consistera, sur la base des connaissances de l'état de l'art des aérosols de différentes lunes/planètes, à définir les objectifs scientifiques à partir d'approches théoriques sur la diffusion de la lumière produite par les particules. Cette partie se concentrera sur une composante de modélisation numérique visant à déterminer les propriétés attendues des particules atmosphériques en fonction de l'environnement considéré.

Contexte de travail

Le LPC2E est localisé sur le campus du CNRS d'Orléans. C'est un laboratoire labellisé "spatial" qui développe des instruments embarqués sur des missions pour l'exploration du système solaire. Le doctorant travaillera au sein de l'équipe SAMPLE qui est spécialiste dans le développement instrumental pour l'étude de l'atmosphère terrestre et dans le domaine de la planétologie.
Au cours de la première partie de la thèse dédiée au développement du modèle générique de l'instrument, l'étudiant travaillera en étroite collaboration avec un ingénieur de l'agence spatiale CNES (co-encadrant), Toulouse. Ensuite, pour la définition des objectifs scientifiques inhérents à différents environnements d'aérosols ciblés, l'étudiant travaillera au LPC2E.

Informations complémentaires

L'étudiant en doctorat sera co-encadré par et/ou collaborera avec :
• Dr Gwenaël Berthet (gwenael.berthet@cnrs-orleans.fr) du LPC2E qui est spécialiste des observations d'aérosols dans l'atmosphère terrestre à l'aide de compteurs de particules portés sous ballon et a participé au développement de l'instrument LOAC.
• Dr Nicolas Verdier (Nicolas.Verdier@cnes.fr) du CNES qui est développeur de l'instrument LONSCAPE.
• Dr Jean-Baptiste Renard (jbrenard@cnrs-orleans.fr) du LPC2E qui est PI de la R&T LOAC-S et de l'instrument LOAC, est spécialiste de la diffusion de la lumière par les aérosols dans l'atmosphère terrestre et par la poussière interplanétaire.
• Pr Olivier Mousis (olivier.mousis@lam.fr) du LAM qui est spécialiste des atmosphères planétaires.
• Clémence Agrapart (clemence.agrapart@cnrs-orleans.fr) du LPC2E qui supervise techniquement la R&T LOAC-S.
• Fabrice Colin (fabrice.colin@cnrs-orleans.fr) du LPC2E qui supervise techniquement la R&T LOAC-S.