Analyse des 13 années de données VIMS de la sonde Cassini : cartographie globale de la réflectance de la surface de Titan et préparation des futures observations JWST et Dragonfly
Analysis of 13 years of Cassini/VIMS observations : global mapping of surface infrared reflectance and preparatory studies for the Dragonfly and JWST missions
par Maël ES-SAYEH sous la direction de Sébastien RODRIGUEZ
Thèse de doctorat en Sciences de la terre et de l'environnement
ED 560 Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers, Paris

Soutenue le jeudi 28 septembre 2023 à Université Paris Cité

Sujets
  • Cartographie
  • Imagerie hyperspectrale
  • Mission Cassini/Huygens
  • Spectroscopie
  • Spectroscopie infrarouge
  • Titan (satellite de Saturne) -- Atmosphère
  • Transfert radiatif
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Mots clés
Titan, Transfert radiatif, Spectroscopie, Infrarouge, Cassini, Imagerie Hyperspectrale, Cartographie, Atmosphère
Resumé
Titan, la plus grande lune de Saturne, est la seule lune du Système Solaire à posséder une atmosphère dense, principalement composée de diazote (95-98 %) et de méthane (2-5 %). Une chimie atmosphérique active est à l'origine de la production d'une épaisse brume d'aérosols qui sédimente jusqu'à sa surface. Son atmosphère optiquement épaisse empêche de sonder la surface dans l'ensemble de la gamme du proche infrarouge (NIR), où les signatures spectrales sont autant d'indices de la composition, toujours inconnue ou du moins largement débattue. Dans la gamme 0,88-5,11 μm, l'instrument Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) à bord de la sonde Cassini (2004-2017) a montré que la surface peut être observée dans huit fenêtres de transmission. Néanmoins, dans ces fenêtres, l'absorption gazeuse résiduelle et la diffusion des aérosols rendent l'analyse du signal de surface et la récupération de son albédo complexes. Afin de déterminer les contributions respectives du signal atmosphérique et du signal de surface dans les fenêtres de transmission, un modèle de transfert radiatif a été développé, bénéficiant de récents développements en spectroscopie des gaz et d'une nouvelle description optique des aérosols photochimiques. Ce modèle a été validé à l'aide des données in-situ de la sonde Huygens, puis appliqué aux observations VIMS du site d'atterrissage de la future mission Dragonfly de la NASA. En outre, un nouveau schéma d'inversion optimisé a été développé en vue de rendre possible le traitement de l'ensemble des 13 années de données d'observations de la sonde Cassini dans le but de produire les premières cartes globales semi-annuelles de population d'aérosols et d'albédo de surface. Finalement, les observations de Titan par le télescope James Webb (JWST) en Novembre 2022 offrent un nouveau jeu de données complémentaires à celles de la mission Cassini-Huygens, et celui-ci est actuellement en cours d'analyse.