Description du sujet de thèse

L’objectif de ce projet de thèse instrumentale en physique des plasmas spatiaux est double : (i) d’une part, contribuer à l’exploration spatiale de Mercure ainsi que de Jupiter et ses lunes glacées en préparant et/ou en contribuant à l’exploitation scientifique des instruments dits “sondes à impédance mutuelle” embarqués à bord des missions spatiales BepiColombo et JUICE, dans le but d’effectuer des diagnostiques (e.g. densité et température) des plasmas qui seront explorés par ces missions spatiales ;
(ii) d’autre part, contribuer au développement d’un instrument de mesure combinant, au sein d’un même dispositif instrumental commun, différentes méthodes complémentaires de diagnostique in situ de la densité et de la température dans les plasmas spatiaux, basées sur l’utilisation de senseurs électriques, pour de futures missions spatiales.

Pour mener à bien ce projet de recherche instrumental en physique spatiale, le/la doctorant.e utilisera une méthodologie triple et complémentaire basée sur :
- la modélisation numérique du fonctionnement des instruments,
- l’analyse de données spatiales issues de missions d’exploration planétaire,
- des expériences de laboratoire, utilisant un caisson plasma qui permet de reproduire les conditions rencontrées dans les plasmas spatiaux.

Le/la doctorant.e contribuera directement à différentes missions spatiales d’exploration planétaire. En particulier, il/elle :
- participera à l’exploitation scientifique des premières données obtenue par la sonde à impédance mutuelle RPWI/MIME embarquée à bord de la mission spatiale JUICE (mission spatiale ESA visant l’exploration de l’environnement de Jupiter et de ses lunes glacées) lors de sa phase de croisière vers Jupiter,
- préparera la future exploitation des données la mission spatiale BepiColombo (mission ESA/JAXA visant l’exploration de l’environnement de Mercure) en développant un modèle instrumental de la sonde à impédance mutuelle PWI/AM2P embarquée sur la sonde Mio de BepiColombo,
- contribuera à la phase de design et de tests au sol de la sonde à impédance mutuelle COMPASS/MIX proposée pour le projet de mission spatiale M-MATISSE (mission ESA visant l’étude de la magnétosphère induite de Mars).

Prérequis :
- une bonne connaissance en physique de plasmas et/ou en astrophysique est attendue,
- une bonne connaissance pratique de l’analyse de donnée et/ou du développement numérique est souhaitable.

Contexte de travail

La thèse sera réalisée en cotutelle sur deux laboratoires : LPC2E (Orléans - directeur de thèse : Pierre HENRI) et LAPLACE (Toulouse - co-directeur de thèse : Gaëtan Wattieaux) afin de bénéficier de l’expertise mutuelle des deux laboratoires en astrophysique et en physique des plasmas.

Situé sur le campus CNRS à Orléans, le Laboratoire de Physique et de Chimie de l'Environnement et de l'Espace (LPC2E) est un laboratoire spatial dédié à l'étude de (1) la physico-chimie de l’atmosphère terrestre et des environnements planétaires ; (2) les relations Soleil-Terre et la physique des plasmas spatiaux, ; (3) l’astrophysique. Il a pour tutelles le CNRS, l’Université d’Orléans et le CNES. L'effectif du laboratoire est d'environ 80 personnes. La personne intégrera l'équipe ESPACE du laboratoire, dédiée à l’étude des relations Soleil-Terre et des plasmas spatiaux. Le LPC2E possède une forte compétence internationale en instrumentation spatiale qui va de la conception à la réalisation et à la mise en œuvre d’instruments embarqués sur satellites pour de nombreuses missions d’exploration spatiales (CNES, ESA, JAXA, NASA). Parmi ces instruments, le LPC2E est le leader mondial des instruments spatiaux appelés “sonde à impédance mutuelle” qui permettent d’effectuer des mesures de la densité, de la température, ansi que de champs électriques dans les environnements spatiaux ionisés (plasmas spatiaux), embarqués à bord des missions spatiales Rosetta (ESA), BepiColombo (ESA/JAXA), JUICE (ESA), Comet Interceptor (ESA).

Situé sur le campus de l’Université Paul Sabatier à Toulouse, le Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie (LAPLACE) a pour tutelles le CNRS, l’Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT) et l’Université Paul Sabatier. Les activités de recherche menées au LAPLACE vont de la physique des plasmas froids, des matériaux, de l’électromagnétisme et de la thermique à la conception innovante et l’optimisation de systèmes complexes de production et de conversion d’énergie, avec des partenariats industriels et institutionnels importants et pérennes dans l’aéronautique et l’espace, le transport et les systèmes embarqués, l’énergie, l’environnement et la santé. L'effectif du laboratoire est d'environ 300 personnes. La personne intégrera l'équipe Plasmas Réactifs Hors Equilibre (PRHE), qui travaille sur la physique et l’ingenierie des plasmas froids hors équilibre, ainsi que des application environnementales et biomédicales, via des études fondamentales allant des données de bases jusqu’à la simulation multi-physique des décharges et des réacteurs et leur diagnostic expérimental. L’équipe PRHE est fortement impliquée dans l’instrumentation spatiale plasma, en particulier les “sondes à impédance mutuelle” utilisées pour les missions spatiales Rosetta (ESA), BepiColombo (ESA/JAXA), JUICE (ESA), Comet Interceptor (ESA).

La thèse en co-tutelle se déroulera sur les 2 sites (Orléans et Toulouse)

Contraintes et risques

n/a