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Soutenance

Sébastien Lebonnois (LMD)

Titre : Vénus et Titan, étude d'atmosphères en superrotation

Date et heure : Le 05-07-2013 à 10h30

Type : HDR

Université qui délivre le diplôme : UPMC

Lieu : UPMC, 4 place Jussieu - Paris 5e - Bâtiment Esclangon, amphi Astier
Membres du jury :

- Michel Cabane
- Caitlin Griffith (rapporteur)
- Franck Selsis (rapporteur)
- Thomas Widemann (rapporteur)
- Agustin Sanchez-Lavega
- Emmanuel Lellouch
- Frédéric Hourdin

Résumé :

Parmi les objets du système solaire, la planète Vénus et le satellite de Saturne Titan partagent une particularité: ils possèdent une atmosphère dense qui tourne globalement nettement plus rapidement que la surface solide sur laquelle elles s'appuient. Ce phénomène s'appelle la superrotation. Dans ce mémoire, je décris l'ensemble des travaux que j'ai mené sur ces atmosphères depuis une dizaine d'années, ainsi que les perspectives de mes recherches pour les années à venir.


Pour interpréter les données nombreuses récoltées en ce moment grâce aux missions spatiales Cassini-Huygens et Vénus-Express, j'ai participé au développement d'outils numériques très performants: les Modèles de Circulation Générale (GCM). Utilisés pour étudier le climat terrestre, ces GCM peuvent être adaptés pour étudier d'autres atmosphères similaires, comme celles de Vénus et Titan. Ceux que nous développons au LMD comptent parmis les plus avancés au monde.


Mes travaux se sont organisés autour de deux axes principaux: d'une part, l'analyse des interactions qui jouent un rôle fondamental dans le fonctionnement de ces systèmes atmosphériques; d'autre part, l'étude approfondie des mécanismes qui contrôlent le phénomène de superrotation. Dans ces atmosphères, plusieurs sous-systèmes intéragissent de façon intimement couplée, via le transfert radiatif et le transport: la dynamique atmosphérique, les aérosols et les nuages (microphysique), et la composition du gaz (photochimie). Grâce à des GCM tenant compte de tous ces couplages, il est possible de montrer comment la circulation affecte la distribution des sources d'opacité, celle-ci modifiant en retour la structure thermique et dynamique. L'obtention d'une atmosphère en superrotation a souvent posé des difficultés aux modélisateurs. Son extrême sensibilité aux détails du coeur dynamique utilisé est illustrée par une intercomparaison entre la plupart des GCM de Vénus développés dans le monde, forcés par une physique identique. Une des hypothèses pour expliquer la disparité obtenue dans les résultats est l'importance cruciale de la conservation du moment cinétique dans le GCM. L'analyse approfondie de celle-ci faite dans les deux GCM de Vénus avec lesquels j'ai travaillé montre que cette conservation est difficile à garantir. Malgré ces difficultés, l'analyse de la circulation dans les GCM de Vénus et Titan permet de mieux comprendre les mécanismes contrôlant la superrotation. La distribution de moment cinétique est essentiellement contrôlée par la circulation méridienne moyenne et par les ondes horizontales barotropes. Il faut cependant tenir compte des saisons sur Titan et du rôle des marées thermiques sur Vénus, qui redistribuent verticalement le moment cinétique au-dessus des nuages.


Les perspectives qui s'ouvrent pour mon travail dans les années à venir s'organisent autour de plusieurs directions: l'étude de la paramétrisation des processus de petite échelle (couche limite, convection, ondes de gravité), l'extension verticale des GCM vers la basse thermosphère, ainsi que l'utilisation de nouveaux coeurs dynamiques décrivant mieux les régions polaires.

Contact :
sebastien.lebonnois@lmd.jussieu.fr
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