La caractérisation des atmosphères d’exoplanètes tempérées constitue un défi scientifique majeur qui devient accessible grâce au télescope spatial James Webb (JWST). Le JWST révolutionne en effet l’observation de ces objets, révélant des premières signatures atmosphériques et notamment la présence d’espèces carbonées dans des atmosphères dominées par l’hydrogène de « mini-Neptunes » tempérées. L’étude de ce type d’exoplanètes, sans équivalent dans le Système Solaire, présente un intérêt majeur pour la compréhension des processus de formation planétaire, de structure interne, d’évolution et de dynamique atmosphérique ou encore des conditions d’habitabilité.

Cependant, notre compréhension de la complexité chimique de ces atmosphères d’exoplanètes tempérées reste très incomplète. Dans cette thèse, j’ai donc étudié les processus de chimie hors-équilibre, induits par irradiation dans les couches supérieures atmosphériques, susceptibles d’affecter les signatures observables des exoplanètes tempérées. Pour cela, j’ai réalisé un travail exploratoire de simulations expérimentales sur une large gamme d’analogues atmosphériques, riches en dihydrogène (H₂) et en composés carbonés (CH₄, CO, CO₂). J’ai analysé la réactivité chimique de ces mélanges gazeux, soumis à différentes sources d’irradiation, grâce à des méthodes analytiques complémentaires (spectrométrie de masse et spectroscopie infrarouge).

Cette approche m’a permis de mieux caractériser leur complexité chimique et d’identifier des espèces chimiques potentiellement observables par le JWST. J’ai également utilisé différents réacteurs expérimentaux, dans une démarche de comparaison inter-expérimentale. J’ai appuyé mes études expérimentales par des simulations numériques, permettant d’identifier les voies de formation et de destruction des produits photochimiques. L’ensemble de ces résultats sont replacés dans le contexte des observations et modélisations atmosphériques actuelles d’exoplanètes tempérées.

J’ai mis en évidence une chimie complexe, marquée par une croissance organique importante dans les atmosphères les plus réduites et par une diversification chimique dans les atmosphères plus oxydées. En particulier, j’ai observé la formation de composés organiques réduits (hydrocarbures) dans les atmosphères riches en méthane (CH₄), avec une sélectivité apparente favorisant les composés saturés tels que l’éthane (C₂H₆), qui constitue un bon candidat pour les observations actuelles avec le JWST, ou futures observations terrestres à plus haute résolution.

La soutenance s’effectuera en français et sera suivie d’un pot.

Lieu
Amphithéâtre Gérard Mégie, 11 boulervard d’Alembert, 78280 Guyancourt

Membres prenant part à la délibération

• Thomas Gautier, Directeur de recherche CNRS, LATMOS, Guyancourt
• Véronique Vuitton, Rapporteuse, Directrice de recherche CNRS, IPAG, Grenoble
• Hervé Cottin, Rapporteur, Professeur des universités, LISA, Créteil
• Emeline Bolmont, Examinatrice, Professeure associée, Université de Genève, Suisse
• Benjamin Charnay, Examinateur, Chargé de recherche CNRS, LIRA, Meudon

Direction

• Nathalie Carrasco, Directrice de thèse, Professeure des universités, LATMOS, ENS Paris-Saclay,
• Yassin Jaziri, Co-encadrant de thèse, Postdoctorant, LATMOS
• Ludovic Vettier, Co-encadrant de thèse, Ingénieur de recherche, LATMOS