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Turbet


"Habitabilité des planètes avec un modèle numérique de climat. Application aux planètes extrasolaires et à Mars primitif"


Lundi 3 Septembre 2018

devant le jury composé de :

M.        James KASTING                                (Penn State University)                                               rapporteur
Mme  Giovanna TINETTI                             (University College London)                                    rapporteuse
M.        Jacques LE BOURLOT                   (LERMA)                                                                    examinateur et président du jury
M.        Jérémy LECONTE                             (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux)            examinateur
M.        Emmanuel MARCQ                           (LATMOS)                                                                    examinateur
M.        Raymond PIERREHUMBERT      (Oxford University)                                                      examinateur
Mme  Ha TRAN                                                (Laboratoire de Météorologie Dynamique)               examinatrice
M.       François FORGET                              (Laboratoire de Météorologie Dynamique)            directeur de thèse


Résumé :

Avec la découverte d'anciens réseaux de rivières et de lacs sur Mars et la détection de planètes telluriques tempérées autour d'étoiles voisines, nous disposons à présent d'un terrain de jeu formidable pour explorer scientifiquement si la vie est abondante ou rare dans l'Univers. Mon travail de thèse vise a mieux comprendre les conditions dans lesquelles une planète peut maintenir de l'eau liquide - substrat essentiel de la vie - à sa surface. A l'aide de modèles numériques de climat 3-D, et de calculs et mesures spectroscopiques, j'ai mené pendant ma thèse deux grandes enquêtes. Premièrement, j'ai exploré les environnements passés de la planète Mars, pour comprendre les conditions dans lesquelles se sont formées les énigmatiques rivières martiennes. A part la Terre, Mars est la seule planète qui a été habitable, mais nous ne savons toujours pas pourquoi. J'ai montré que les évènements extrêmes (formation des vallées de débâcle, impacts de météorites) qui ont pourtant profondément marqué la surface de Mars ne peuvent pas expliquer à eux seuls la formation de ces réseaux fluviaux. Mes travaux de thèse ont également permis d'établir que la présence de gaz à effet de serre réduits (hydrogène, méthane) offre une solution alternative prometteuse. Deuxièmement, j'ai étudié les atmosphères possibles des planètes extrasolaires solides et tempérées, notamment celles orbitant autour de petites étoiles comme Proxima du Centaure et TRAPPIST-1. J'ai montré que certaines de ces planètes ont des caractéristiques très favorables à la présence d'eau liquide en surface. Ce résultat est d'autant plus prometteur qu'il sera possible - comme démontré dans ma thèse pour le cas de la planète Proxima b - de caractériser l'atmosphère de ces planètes avec les futurs observatoires astronomiques JWST (James Webb Space Telescope) et ELTs (Extremely Large Telescopes).

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Summary:

Ancient rivers and lakes discovered on Mars. Numerous temperate, Earth-sized extrasolar planets detected around nearby stars. Thanks to ground and space-based telescope observations and Solar System exploration missions, we now have a fantastic playground to explore scientifically how prevalent life is in the Universe. The main goal of my thesis work is to better understand the conditions necessary for a planet to maintain liquid water - a primary building block for life - on its surface. Using sophisticated 3-D numerical climate models, as well as spectroscopic calculations and measurements, I conducted two major investigations during my thesis. First, I explored the environments of ancient Mars at multiple epochs in order to understand the conditions in which the enigmatic Martian rivers were carved. Apart from Earth, Mars is the only planet that has been habitable, but we don't know why. I showed that extreme events (outflow channel formation events, meteoritic impacts) that scarred the surface of Mars cannot by themselves explain the formation of these valley networks. Nonetheless, I showed that the presence of reducing greenhouse gases such as hydrogen and/or methane offers a promising alternative solution. Secondly, I studied the possible atmospheres of solid, temperate extrasolar planets, with a particular focus on those orbiting small stars such as Proxima Centauri and TRAPPIST-1. I showed that some of these planets have characteristics that are highly favourable to the presence of liquid water on their surface. This result is really promising as it will be soon become possible - as demonstrated in my thesis for Proxima b - to characterize the atmosphere of these planets with the future JWST (James Webb Space Telescope) and ELTs (Extremely Large Telescopes) astronomical observatories.

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