Energetic inputs in planetary atmospheres. Titan, Venus and Mars.
Étude des effets des entrées énergétiques dans les atmosphères de Vénus, Mars et Titan
Résumé
Aeronomy is a multi disciplinary field with the aim of studying the relationship between the Earth or other planet atmospheres and the particles precipitation from space.
Aeronomy was primarly the study of the Earth atmosphere, and its relations with the solar wind. In this thesis, I extended the standard aeronomy researches to higher energy and to other planets.
In a first part, I modified the Trans* codes to study the doubly charged ions, in the upper atmosphere of Venus. In that frame, I used the highest energies of the standard studies of planetary ionospheres. That work also permitted to improve studies on the Venusian (and Martian) ionosphere-thermosphere emissions, and raised the issue of the mechanism leading to the green line in CO2-rich atmospheres.
In a second part, I studied the precipitation of electrons along magnetic field lines embedded in the atmosphere of Titan. Giving a new approach on particle precipitation in the mesosphere of this saturnian satellite.
In a third part, I used the Planetocosmic code to implement the computation of cosmic ray impact in the Titan atmosphere. Moreover, a proton precipitation code was added to that code to compute the whole ion production in the atmosphere (from electron and photon productions in the upper atmosphere to the lower atmosphere with the cosmic rays). Those productions were used as an input for chemical models to understand the whole chemical-physical processes in Titan.
The theoretical work performed in this thesis has been successfully compared to space missions Mars Express, Venus Express and Cassini-Huygens.
Aeronomy was primarly the study of the Earth atmosphere, and its relations with the solar wind. In this thesis, I extended the standard aeronomy researches to higher energy and to other planets.
In a first part, I modified the Trans* codes to study the doubly charged ions, in the upper atmosphere of Venus. In that frame, I used the highest energies of the standard studies of planetary ionospheres. That work also permitted to improve studies on the Venusian (and Martian) ionosphere-thermosphere emissions, and raised the issue of the mechanism leading to the green line in CO2-rich atmospheres.
In a second part, I studied the precipitation of electrons along magnetic field lines embedded in the atmosphere of Titan. Giving a new approach on particle precipitation in the mesosphere of this saturnian satellite.
In a third part, I used the Planetocosmic code to implement the computation of cosmic ray impact in the Titan atmosphere. Moreover, a proton precipitation code was added to that code to compute the whole ion production in the atmosphere (from electron and photon productions in the upper atmosphere to the lower atmosphere with the cosmic rays). Those productions were used as an input for chemical models to understand the whole chemical-physical processes in Titan.
The theoretical work performed in this thesis has been successfully compared to space missions Mars Express, Venus Express and Cassini-Huygens.
L'aéronomie est un sujet de recherche interdisciplinaire dont le but est la compréhension des relations entre les atmosphères de la Terre ou des autres planètes et les précipitations de particules depuis l'espace.
Dans une première partie, j'ai modifié les codes de type Trans* pour étudier les ions doublement chargés dans la haute atmosphère de Vénus. Dans cette optique, j'ai utilisé les plus grandes énergies des études standard des hautes atmosphères. Ce travail a permis d'améliorer la connaissance des émissions ionosphériques et thermosphériques de Vénus (et de Mars), et pose le problème des mécanismes de création de la raie verte de l'oxygène dans les atmosphères riches en CO2.
Dans une seconde partie, j'ai étudié les précipitations d'électrons le long des lignes de champ magnétiques drapées dans l'atmosphère de Titan, donnant ainsi une nouvelle approche à l'étude de la précipitation de particules dans sa mésosphère.
Dans une dernière partie, j'ai utilisé le code Planetocosmic pour calculer l'impact des rayons cosmiques dans l'atmosphère de Titan. De plus, une partie sur la précipitation de protons a été ajoutée, de manière à calculer l'ionisation totale dans l'atmosphère (depuis l'ionisation par les électrons et les photons dans la haute atmosphère, à celle induite par les rayons cosmiques dans la basse atmosphère). Ces productions sont utilisées comme entrées pour des modèles dont le but de comprendre l'ensemble des processus physico-chimiques dans l'atmosphère de Titan.
Le travail effectué au cours de cette thèse a permis quelques comparaisons avec les missions Mars Express, Vénus Express et Cassini-Huygens.
Dans une première partie, j'ai modifié les codes de type Trans* pour étudier les ions doublement chargés dans la haute atmosphère de Vénus. Dans cette optique, j'ai utilisé les plus grandes énergies des études standard des hautes atmosphères. Ce travail a permis d'améliorer la connaissance des émissions ionosphériques et thermosphériques de Vénus (et de Mars), et pose le problème des mécanismes de création de la raie verte de l'oxygène dans les atmosphères riches en CO2.
Dans une seconde partie, j'ai étudié les précipitations d'électrons le long des lignes de champ magnétiques drapées dans l'atmosphère de Titan, donnant ainsi une nouvelle approche à l'étude de la précipitation de particules dans sa mésosphère.
Dans une dernière partie, j'ai utilisé le code Planetocosmic pour calculer l'impact des rayons cosmiques dans l'atmosphère de Titan. De plus, une partie sur la précipitation de protons a été ajoutée, de manière à calculer l'ionisation totale dans l'atmosphère (depuis l'ionisation par les électrons et les photons dans la haute atmosphère, à celle induite par les rayons cosmiques dans la basse atmosphère). Ces productions sont utilisées comme entrées pour des modèles dont le but de comprendre l'ensemble des processus physico-chimiques dans l'atmosphère de Titan.
Le travail effectué au cours de cette thèse a permis quelques comparaisons avec les missions Mars Express, Vénus Express et Cassini-Huygens.