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Modélisations numériques et expérimentales

Que sont les modélisations numériques et expérimentales ?

Les mesures effectuées grâce aux observations depuis la Terre, ou aux expériences embarquées dans les sondes spatiales sont des données importantes car elles fournissent des informations directes sur les objets étudiées. Seulement, ces données sont souvent très parcellaires, que ce soit en terme spatial (par exemple, l'ensemble d'un objet ne peut généralement pas être sondé par un même instrument) ou en terme temporel (la durée des missions ou des observations est limitée dans le temps, il est donc difficile de voir l'évolution des caractéristiques d'un objet en fonction du temps de manière continue). Par conséquent, il est nécessaire de faire appel à des outils qui permettent de remettre les données acquises dans un contexte global, mais également d'en déduire des informations complémentaires par extrapolation. Ce travail peut être mené de deux façons complémentaires :
1. la modélisation numérique. Cette méthode vise à reconstruire les propriétés d'ensemble d'un objet d'étude à partir de théories physiques et chimiques. Elle est basée sur le développement de codes numériques "informatiques" qui s'appuient sur le formalisme physique et chimique, ainsi que sur des données d'entrées (analyses in situ, observations, données de laboratoire par exemple). Ceci permet d'étudier l'évolution de l'objet dans le temps (revenir dans le passé ou évaluer l'avenir), de replacer les observations ou les mesures in situ dans un contexte global (par exemple géographique), et d'interpréter les observations à partir de la théorie.
2. les simulations expérimentales. Ces simulations visent à reproduire au mieux sur Terre les environnements du système solaire étudiés. Ceci permet d'estimer quels peuvent être les processus qui se déroulent dans ces environnements, et de fournir des informations qualitatives et quantitatives en nombre plus conséquent que celles produites par les observations et les analyses in situ qui restent limitées.
Nous présentons dans la partie qui suit les principales études de laboratoire menées au LATMOS par l'équipe IMPEC.

La modélisation numérique dans l'équipe IMPEC

 

La modélisation expérimentale dans l'équipe IMPEC

 Expérience PROGRA2 : étude de la diffusion de la lumière par des particules solides en lien avec les observations du système solaire

 

L'expérience PROGRA2 conçue en 1993 au LATMOS (Service d'Aéronomie) a pour vocation d'étudier la lumière diffusée par des nuages de particules solides d'intérêt astronomique (e.g. chevelures cométaires) et atmosphérique. Depuis 1994 des mesures de la polarisation linéaire de la lumière diffusée en fonction des propriétés physiques des particules (taille, indice de réfraction, forme) et de l'angle de phase sont obtenues pendant des vols paraboliques (deux à trois fois par an). Afin de permettre l'étude plus intensive de particules à très faible densité (simulant par exemple les particules cométaires, les aérosols de Titan et les suies atmosphériques) un système de lévitation dans l'air a été développé permettant des mesures au sol avec le même instrument. En parallèle et pour comparaison, les mêmes particules sont étudiées en couches déposées sur une surface. De nouveaux échantillons fabriqués par dépôt balistique et de très faible densité numérique devraient permettre de mieux comprendre les propriétés optiques de couches de régolites (surface d'astéroïdes). La comparaison des propriétés optiques et physiques permet de mieux appréhender celles-ci dans les observations à distance en complément (sur des particules réelles plus larges et complexes) des travaux de simulation numérique. Deux instruments sont actuellement utilisés à deux longueurs d'onde (543,5 nm et 632,8 nm): PROGRA2-vis (pour visuel) qui est au LPC2E (Orléans) et qui permet l'étude des particules en lévitation à l'aide d'un système imageur; PROGRA2-surf (pour surface) qui est au LATMOS.

Equipe scientifique :
J.-B. Renard (responsable), LPC2E Orléans (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.)
E. Hadamcik, LATMOS (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.)
A.-C. Levaseur-Regourd, LATMOS (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.)
D. Daugeron, Chercheur associé LPC2E

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Jean-Baptiste Renard (LPC2E, de face) en train de mener une campagne de mesures avec l'expérience PROGRA2 dans l'avion 0G du CNES 

Expérience PROGRA2 : étude de la diffusion de la lumière par des particules solides en lien avec les observations du système solaire

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Photo de l'expérience PAMPRE (en haut) et d'un plasma en fonctionnement

L'atmosphère de Titan possède la particularité de produire des aérosols organiques à l'échelle du satellite. Ces aérosols jouent donc un rôle important dans le climat de Titan, mais sont également intéressants pour l'astrobiologie puisque ce sont probablement des molécules organiques complexes qui pourraient être des précurseurs de molécules biologiques qui les composent. Seulement, il n'existe que peu de données directes sur les propriétés physiques et chimiques de ces aérosols. L'expérience PAMPRE vise donc à étudier les processus de formation de ces aérosols, ainsi que leurs propriétés, par la production d'analogues de ces aérosols (appelés tholins) en laboratoire dans des conditions approchant celle de l'atmosphère de Titan. Les analogues produits peuvent également servir de matériau de référence pour le traitement des données des expériences des sondes Cassini et Huygens dédiées à l'étude de Titan


Equipe scientifique :
G. Cernogora (responsable), LATMOS
N. Carrasco, LATMOS (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.)
C. Szopa, LATMOS (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.)
E. O'Brien, LATMOS (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.)
G. Alcouffe, LATMOS (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.)

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