M2 Planétologie et exploration spatiale

L'UE se base sur des cours/TD, un TP de modélisation des intérieurs planétaires (python), une visite des laboratoires haute pression, la discussion d'articles courts et contradictoires, et deux séminaires de recherche.

"Ce module aborde la composition chimique et minéralogique des intérieurs planétaires : planètes telluriques, planètes géantes, exoplanètes. L’évolution des matériaux planétaires et de leur composition depuis les processus de condensation jusqu’à la différenciation planétaire sont présentées en s’appuyant d’une part sur les données de chimie et de minéralogie, et d’autre part sur le comportement de ces matériaux dans les conditions extrêmes de pression et de température qui règnent dans les intérieurs planétaires.
1 - Comportement des matériaux planétaires en conditions extrêmes:
- Techniques de hautes pressions et hautes températures; quelles sont les mesures possibles
- Planètes géantes, satellites de glace et exoplanètes gazeuses : hydrogène/hélium, ""glaces planétaires""
- Planètes telluriques, leurs satellites et super-Terres : silicates, fer et ses alliages
2 - Les éléments légers : inventaire, comportement et spéciation dans les planètes telluriques
- Abondance et comportement: processus de condensation et volatilité, comportement géochimique
- Distribution dans l’intérieur des planètes
3 - Différenciation planétaire
- Différenciation planétaire : formation des réservoirs (atmosphère, croûte/manteau, noyau)
- Traçage de la formation des réservoirs".

Structure et minéralogie de la Terre interne (modèle PREM) Notions de base en géochimie (notions de coefficients de partage, affinité géochimique des éléments).

Ce que disent les minéraux, P. Cordier et H. Leroux, Eds Belin - Pour la Science, 2008. L’intérieur de la Terre et des planètes, A. Dewaele et C. Sanloup, Eds Belin, 2005. Introduction to the Physics of the Earth’s interior, J.-P. Poirier, Eds Cambridge University Press, 2000.

Novembre - Décembre - Janvier - Février.

PARIS

Cours et TP.

L'objectif de ce cours est de présenter les principaux mécanismes physiques qui président à la formation des systèmes planétaires, et de décrire les techniques observationnelles qui permettent de détecter ces planètes en dehors de notre Système solaire. Les propriétés statistiques des exoplanètes détectées seront alors abordées à la lumière des biais de détection et des processus dynamiques ayant cours lors de la formation planétaire.
1. Introduction sur les exoplanètes. Des nuages moléculaires aux disques proto-planétaires.
2. Zone habitable. Climat, eau et vie sur les exoplanètes.
3. Détection par imagerie directe.
4. Détections par vélocimétrie radiale. Détection par transit. Détection par astrométrie.
5. Détection par microlentille gravitationnelle. Synthèse statistique sur les populations planétaires.
6. Disques proto-planétaires. Formation des planétésimaux.
7. Formation des planètes telluriques. Formation des planètes géantes gazeuses.
8. Evolution thermique et structure interne.
9. Migration orbitale. Atmosphères planétaires.

Cours de Physique classique.

Novembre - Décembre - Janvier - Février.

PARIS

Cours magistraux + exemples d'application.

Le but de ce module est d’apporter une connaissance de l’étude des surfaces planétaires en abordant leur caractérisation minéralogique et chimique. Il fournira les principaux concepts concernant le transfert de rayonnement dans les milieux compacts permettant l’interprétation des données de télédétection. Le cours abordera une présentation des techniques d’observation embarquées et in-situ des surfaces planétaires. Il sera illustré par des exemples d’instruments volant à bord de missions spatiales en cours avec des applications possibles à la télédétection terrestre. L’accent sera mis sur l'instrumentation, la chaine d'acquisition et les contraintes associées au spatial, la physique des processus en jeu dans la technique de mesure utilisée, la notion de chaîne de prélèvement- préparation- analyse- détection, les complémentarités entre mesures in-situ et par télédétection, et enfin l’analyse conjointe de données d’imagerie et l’utilisation de bases de données de références (observationnelles ou de laboratoire).

Physique/Géologie.

Novembre - Décembre - Janvier - Février.

ORSAY - PARIS

Séminaire la semaine de rentrée.

Il s’agira, dans ce cours introductif sous forme de séminaire, de faire ressortir les aspects historiques, les points importants et les points secondaires, les domaines d’interface avec les autres disciplines, les problèmes en suspens, et ainsi de donner une vue d’ensemble de la planétologie et de ses grands enjeux actuels.

1 - Remarques historiques
2 - La place du système solaire dans l’Univers
3 - Définition d’une planète
4 - Formation du et des systèmes planétaires. Scénario et questions ouvertes
5 - Mécanismes d’évolution
6 - Dynamique : marées, résonances, chaos
7 - Structure interne et surfaces
8 - Atmosphères et magnétosphères
9 - Petits corps, poussières et milieu interplanétaire
10 - "Planètes" extrasolaires
11 - Grands problèmes d’actualité et missions spatiales de la décennie.

Septembre.

ORSAY - PARIS

L’essentiel de l’UE sera sous forme de cours qui auront lieu au Muséum national d’histoire naturelle, où est conservée la collection de météorites française. Une séance de 3 heures sera consacrée à des observations de météorites au microscope. Une visite du laboratoire de spectrométrie de masse sera organisée.

Ce cours a pour but de présenter les dernières avancées dans le domaine de la cosmochimie, c’est-à-dire l’étude des météorites. Les météorites sont des roches tombées du ciel, provenant des petits corps (astéroïdes et comètes) mais aussi de la Lune et de Mars. Leur étude au laboratoire permet de comprendre la formation et l’évolution de notre système solaire. Des progrès immenses ont été accomplis récemment, en particulier en raison de la mise en regard des observations astronomiques des régions de formation d’étoiles (Orion, Taureau…) et des données de laboratoire obtenues sur les météorites. Après une introduction générale, nous traiterons plus particulièrement de minéralogie extraterrestre, des chondrites et des disques protoplanétaires, de différenciation planétaire.

M1 Géoscience, Physique ou Chimie.

Gounelle M. Météorites. Coll. Que Sais-Je, 2ème édition revue et corrigée, 2017 Gounelle M. Météorites - à la recherche de nos origines Coll. Champs, Flammarion 2017 Jacquet E. ""Les météorites et leurs secrets"", Ellipses, 2017.

Novembre - Décembre - Janvier - Février.

PARIS

Frédéric Schmidt, Sylvain Bouley.

Le module se déroule en séances de cours à Orsay, couvrant les différents thèmes.

L’objectif de ce cours est d’apporter une connaissance générale de géologie planétaire comparée à la Terre en abordant les principaux mécanismes qui construisent et modèlent la surface des planètes, comme le volcanisme, la tectonique et les cratères d’impact. Le cours abordera aussi des méthodes fondamentales pour la géologie planétaire comme la datation par les cratères d’impact. Le module prend en compte divers aspects des sciences de la Terre (géologie, géophysique, géodynamique) et des aspects plus spécifiques aux planètes (cratères d’impact). A chaque séance, les étudiants seront amenés à lire et discuter un article scientifique traitant du thème abordé.

1 - Physiographie générale des corps planétaires
2 – Topographie des planètes
3 - Géodynamique et évolution thermique des planètes
4 - Volcanisme
5- Tectonique des corps telluriques
6 - Les satellites de glace
7 - Cratères d’impact et méthodes géologiques de datation des surfaces planétaires.

M1 en Physique/Chimie ou en Géoscience.

- Planetary sciences / Imke de Pater, and Jack J. Lissauer Cambridge, U. K. : Cambridge university press, ISBN 0-521-48219-4. - ISBN 978-0-521-48219-6. - Introduction to Planetary Science / Gunter Faure and Teresa M. Mensing - Springer, 2007, ISBN 978-1-4.

Septembre - Octobre - Novembre.

ORSAY

Alice Le Gall, Emmanuel Marcq.

CM/TD/TP informatiques.

Le transfert radiatif décrit l’interaction du rayonnement électromagnétique et de la matière. Il est à la base des méthodes de télédétection, actives et passives. Le cours portera, entre autres, sur le sondage spectroscopique des atmophères planétaires et l'observation radiométrique et radar des surfaces du système solaire.

Niveau L3/M1 en physique.

Septembre - Octobre - Novembre.

GUYANCOURT - PARIS

Nathalie Carrasco, Aymeric Spiga.

Une partie des enseignements se déroule à Guyancourt pour accéder à la plateforme de recherche de simulation expérimentale des atmosphères planétaires du LATMOS.

Ce module est destiné à introduire les notions de base relatives à la physique, la chimie et la microphysique des atmosphères des planètes telluriques (Mars, Vénus) et de Titan, dans une approche de planétologie comparative (comparaison avec la Terre). Il met l’appui sur des mécanismes fondamentaux, tels que l’effet de serre, la dynamique atmosphérique, ou encore la physique des nuages, en les illustrant par des exemples choisis parmi les différentes planètes du système solaire. L’accent sera mis également sur les couplages complexes entre dynamique, chimie et aérosols.

Dynamique des fluides et chimie générale.

Encrenaz et al. 2003 Le système solaire De Pater & Lissauer 2010 Planetary Sciences Sanchez Lavega 2011 An introduction to planetary atmospheres.

Septembre - Octobre - Novembre.

GUYANCOURT - PARIS

Module divisé en 3 parties : astéroides, comètes et objets transneptuniens. cours/td.

Ce module apporte les connaissances de base sur les propriétés physiques et chimiques des petits corps du Système solaire : astéroïdes, comètes et objets transneptuniens.
L’objectif est de montrer comment l’étude de ces corps primordiaux apporte des contraintes essentielles sur la formation du système solaire. L’accent est porté sur la nature et la compréhension des processus physiques de formation et d’évolution : collisions, agglomération, irradiation, sublimation (ou changement de phase), photodissociation, photo-ionisation.
Ce module explicitera également les liens entre les différentes populations de petits corps et leurs apport et interaction avec les planètes.

Physique et chimie de M1.

Physics and chemistry of the solar system, Lewis, 2004, academic press.

Septembre - Octobre - Novembre.

Meudon

L’ objectif de ce module est de proposer une introduction à la géophysique planétaire. Les outils de la géophysique (sismologie, magnétisme, gravimétrie, géodésie) sont maintenant de plus en plus employés dans l’exploration planétaire et furent au coeur de plusieurs missions passées ( Réseau ALSEP du programme Apollo, Mission Martienne Mars Global Surveyor) ou présente (Mission Martienne InSight). Ces investigations permettent en général d’obtenir des informations précieuses sur la structure interne des planètes et sur leur dynamique passée et éventuellement présent.
1 - Introduction générale
2 - Géodésie planétaire
3 - Gravimétrie planétaire
4 - Sismologie Planétaire
5 - Physique des planètes telluriques et géantes
6 - Géophysique des petits corps et des subsurfaces.

M1 Physique, Géophysique.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

PARIS

L'UE inclut 9 cours magistraux faisant une revue des plasmas planétaires et un TP d'application des notions abordées utilisant des données spatiales dans un cadre Observatoire Virtuel. L'examen est individuel (choix et préparation critique d'un article, audition et questions de contrôle des connaissances).

"Ce module est destiné à présenter les structures et les mécanismes physiques essentiels des plasmas autour des différents objets du système solaire (planètes, satellites, comètes). L’accent est mis sur les interactions entre (i) la composante ionisée de l’atmosphère et l’atmosphère neutre, le corps solide, le champ magnétique intrinsèque de l’objet (quand il existe), et (ii) le couplage avec le vent solaire. Le cours est divisé en trois parties.
1 - Introduction à la physique des plasmas :
- Qu’est-ce qu’un plasma ?
- Quelles lois/propriétés le caractérisent ? 
- Observations des plasmas
- Dynamique des particules chargés dans un champ magnétique
- Modélisation d’ensemble et applications
2 - Obstacles non/peu magnétisés:
- Observations des objets du système solaire et types d’interaction avec le vent solaire
- Objets avec une enveloppe gazeuse : Environnement neutre et magnétique
- Exosphères des objets sans atmosphère
- Interaction du vent solaire avec la Lune et les astéroides
3 - Les planètes magnétisées :
- Structure et dimensions des magnétosphères
- Circulation du plasma froid
- Sources et puits de plasma, transport, accélération
- Interaction ionosphère-manétosphère-vent solaire
- Interaction magnétosphère-satellite
- Physique aurorale".

Les pré-requis sont des notions physique de base (électromagnétisme, mécanique).

Bibliographie non exhaustive : - Kivelson, M. G. & C. T. Russell, eds., Introduction to Space Physics, Cambridge University Press, 1995. - Encrenaz, T. et al., Le système solaire (3ème édition), Savoirs Actuels, EDP-Sciences / CNRS-Éditions, Paris, 2003. - D. Gurnett & A. Bhattacharjee, Introduction to plasma physics, Cambridge Univ. Press, 2005 : rappels utiles de physique des plasmas. - G. Belmont, L. Rezeau, C. Riconda, A. Zaslavsky, Introduction à la physique des plasmas, ISTE, 2018. e-book. - Mottez, F., Aurores polaires : la Terre sous le vent du Soleil, Belin, 2017. - Celnikier, L

Septembre - Octobre - Novembre.

Cours interactif sur les différents mondes. Lecture d'articles présentés en classe par chaque élève au cours du semestre. Examen oral sous forme d'étude de documents.

Ce module interdisciplinaire (Science du climat et géologie planétaire) a pour objectif de présenter l’état des connaissances et les grandes questions actuelles concernant les autres mondes du système solaire qui possède une atmosphère : Mars, Vénus, Titan, Pluton, les planètes géantes (en particulier Jupiter et Saturne). L’étude comparée de ces différents systèmes climatiques offre de nombreux exemples qui illustrent les notions théoriques enseignées dans les autres UE, et fournie un socle de connaissance qui permet de suivre les recherches en cours sur ces sujets. Un accent particulier est mis sur l’exemple de la planète Mars : sa dynamique atmosphérique, les cycles climatiques de l’eau, du CO2, de la poussière, et comment ses climats passés ont façonné sa surface via des processus d’érosion fluviale, éolien, glaciaires et péri-glaciaires.

Niveau L3/M1 en physique. Idéalement suivi du cours UE1 au premier semestre (Transfert Radiatif).

Novembre - Décembre - Janvier - Février.

PARIS

L'ensemble des enseignements se font sous forme de cours complétés par des applications qui prennent la forme de TD ou de travaux de groupe en séance. Un TP est également organisé sur une des techniques. Un lien est établi avec le TP de l'UE9 pour montrer aux étudiants la continuité entre les matières enseignées.

L'UE introduit les notions générales sur l'exploration spatiale, la complémentarité entre les méthodes d'exploration (retour d'échantillon, in situ, à distance), d'observation, et de modélisations numériques et expérimentales. Elle fournit également aux étudiants les grandes notions générales sur comment est conçue et développée une mission spatiales, d'intérêt pour de futurs chercheurs en planétologie. Elle est en cela complémentaire et d'un fort intérêt pour l'UE11. Ensuite, trois ou quatre techniques d'analyse physiques et physico-chimiques in situ sont déclinées par des spécialistes, avec leurs applications passées, présentes et futures dans l'espace. L'objectif est de donner aux étudiants des notions sur la manière dont opère chaque technique et en quoi son utilisation dans le domaine spatial est particulier, mais également de faire développer aux étudiants un sens critique quant à l'utilisation de données publiées faisant appel à l'analyse in situ.

Notions générales de physique et physico-chimie.

Octobre - Novembre - Décembre.

Ce module est basé sur plusieurs séances introductives, des séances de tutorat collectif, du travail personnel et des rencontres à organiser avec différents experts pouvant aider à la réalisation du projet.

Il s’agit ainsi de travailler avec des experts, ingénieurs, chercheurs et enseignants de l’équipe pédagogique impliqués dans des missions spatiales scientifiques. Les objectifs du module sont :
- d’apprendre à concevoir et à rédiger des propositions de projets scientifiques à visée d’exploration spatiale, en réponse aux appels d’offres étudiants diffusés par les grands organismes du spatial (CNES, ESA, NASA..)
- d’apprendre à travailler en équipe et en autonomie sur une période longue (6 mois)
- d'apprendre à travailler en binôme avec une équipe d'ingénieurs spécialisés en Aérospatial
- de développer des capacités d’organisation de travail propres au monde de la recherche (autonomie, innovation technique & scientifique des propositions instrumentales, outils de communication, multi-tasking, lien avec des équipes d’ingénieurs ou des experts scientifiques distants géographiquement, etc).

Niveau M1 en Geosciences, Physique, Chimie, Ingénierie.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février.

GUYANCOURT

Les étudiant·es, répartis en groupes de 2 ou 3, préparent en amont les observations : sélection des cibles selon leur intérêt et leur visibilité, détermination des filtres et des temps de pose. Durant la nuit (0h-8h), ils·elles conduisent leurs observations en autonomie sous la surveillence de l'encadrant. L'évaluation est effectuée par la remise du compte-rendu d'observation dans les 15 jours.

Conduite en autonomie d'observations astronomiques au moyen d'un télescope professionnel situé à l'Observatoire de Haute-Provence : préparation des sessions, acquisition des données, compte-rendu d'observation.

Aucun. Les étudiant·es ayant une expérience d'astronome-amateur sont réparti·es dans les différents groupes pour partager leur savoir-faire avec leurs camarades novices.

Http://marcq.page.latmos.ipsl.fr/SIMO/cours.pdf.

Octobre - Novembre.

St-Michel-l'Observatoire

Emmanuel Marcq, Frédéric Schmidt.

1h30 de cours // 1h30 d'exercice commun à tous // 3h de mini-projet au choix parmi 3 // les étudiants sont seuls face à la machine // un code commenté est rendu chaque soir.

Fortran : codage et méthodes numériques // Python : analyse de données et optimisation // SIG : analyse de terrain martien.

Pré-requis de physique, sciences de la Terre, planétologie. expérience en informatique attendue, mais non nécessaire.

Novembre.

ORSAY - GUYANCOURT - PARIS

Stage de Mars à Juin au minimum avec soutenance en Juin. Possibilité d'étendre le stage en Juillet et Août.

Ce module consiste en un stage de recherche dans un laboratoire français ou à l’étranger dans le but d'acquérir les connaissances pratiques et organisationnelles d'un projet de recherche ou d'un projet technologique.

Mars - Avril - Mai - Juin.