Les comètes sont des archives de la formation de notre système solaire
Elles pourraient être à l'origine des atmosphères des planètes telluriques.
Elles sont probablement les principaux constituants d'Uranus et de Neptune.
Elles renferment probablement la masse manquante du système solaire
Elle pourraient être à l'origine des océans et de la vie sur la terre.
Introduction |
Les différents stades de la vie d'une comète |
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Les comètes sont formées de grains interstellaires. Ces grains sont constitués d'un noyau de poussière enveloppé dans un mélange de glace "H2O, CO, CN, CO2, HCN, CH4, ". Ces "dragées ou comprimés" se sont agglomérés dans le "vide" pour donner des corps poreux (à différentes échelles) de quelques kilomètres de diamètre. Et c'est ces petits corps du système solaire que l'on nomme noyaux cométaires. Les passages spectaculaires de ces petits corps glacés dans notre ciel ont de tout temps aiguisé la curiosité des hommes. Aujourd'hui encore les scientifiques s'interrogent sur leur nature et leur origine. L'étude chimique des comètes est particulièrement intéressante car ces dernières sont considérées comme les objets les plus primitifs du système solaire. Une meilleure compréhension de l'histoire thermique des noyaux cométaires devrait aider à infirmer ou à confirmer un certain nombre d'hypothèses émises sur la formation de notre système solaire. |
On peux distinguer trois phases dans l'histoire d'une comète: A. la formation, rapide, il y-a 4.5 milliards d'années d'une durée comprise entre 10**6 et 10**8 années; B. une phase longue, de 10**9 années, de résidence aux frontières du système solaire - dans la ceinture de Kuiper et dans le nuage d'Oort - C. et finalement, l'injection de la comète dans le système solaire intérieur avec les transformations physico-chimiques que cela induit, d'une durée inférieure 10**6 années. Mes contributions portent essentiellement sur la dernière phase. Lorsqu'une comète quitte le froid intense de l'espace lointain et s'approche du soleil, la chaleur qui augmente provoque la production des volatiles. C'est au cours de cette course vers le soleil que le fameux phénomène cométaire (coma, gaz et queue de poussière,...) se développe et s'offre à l'observation. |
Comment lier les abondances observées à la composition interne du noyau cométaire ?
C'est à cette question majeure que mon approche tente de répondre.
C'est la petite taille des noyaux cométaires qui leur confère un rôle clé dans la compréhension de la composition chimique originelle du système solaire. Cependant, cette petite taille rend leur observation directe très difficile. On peut déduire la composition chimique du noyau de l'étude spectroscopique des gaz qui s'en échappent.
Mais la composition ainsi déduite n'est qu'un pâle reflet de la composition réelle des mélanges de glaces du noyau.
En effet, le noyau est en état de non-équilibre perpétuel.
Pour établir le lien entre les taux de production des gaz et la composition du noyau cométaire, j'ai formulé et élaboré un modèle numérique étroitement lié à des évidences de laboratoire (expériences d'adsorption/désorption, changement d'états structural- amorphe/cristal, clathrates hydrates- dans les mélanges poreux de glace) visant à décrire convenablement le comportement physique et chimique d'un matériau complexe. En effet, le matériau cométaire entre dans la catégorie des matériaux physiquement et chimiquement hétérogènes, ceci à des échelles variées, et met en jeu plusieurs processus physico - chimiques élémentaires. L'étude a été établie dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles.
Je me suis tout particulièrement interrogé sur la manière dont s'imbriquent et se couplent les uns aux autres, des phénomènes aussi variés que le transport de chaleur, le transport de matière et les réactions et transformations entre les phases lorsque les forces thermodynamiques les engendrant coexistent au sein du système. Ainsi l'étude phénoménologique que j'ai proposé amis en évidence avec beaucoup d'efficacité les liens et les couplages existant entre les différents processus d'un tel système complexe. Des prédictions on été faites ......
Observation des comètes
Les premières observations astronomiques ont été effectuées à l'oeil nu. L'homme inventa par la suite les lentilles pour corriger sa vue immédiate mais aussi pour concentrer et amplifier les quelques grains de lumière délivrés par les étoiles et par les objets du ciel. Il créa donc la lunette puis le miroir et le télescope et plus récemment, le radio - télescope. Doté de ces instrumnts: les astronomes ne se contentent plus de mesurer les mouvements des corps mals désirent connaitre aussi leur nature physico-chimique.
Quel est le rapport entre la phase gazeuse et la phase solide, espèces chimiques qui forment chaque phase ?
Quelle est la durée de vie de ces objets ?
Quels sont les facteurs extérieurs qui font que ces objets répondent en nous renvoyant de belles images ?
La transition entre l'astronomie et l'astrophysique est un phénomène très complexe. La relation entre le flux des données astronomiques et les considérations astrophysiques (généralement basées sur la physique terrestre) n'est certainement pas une relation linéaire. Cette caractéristique explique pourquoi, plus que quiconque, l'astro-physicien-chimiste adopte une démarche scientifique qui consiste à linéariser le plus possible ses observations.
Il utilise :
la photographie (ou imagerie) qui dépasse la simple vision de l'oeil par l'enregistrement donc le suivi temporel,
le photomètre (instrument qui mesure le flux de lumière provenant de la comète dans une bande spectrale donnée). Ce qui permet de connaître l'énergie émise par une comète, connaissant sa distance héliocentrique. En mesurant les variations de la magnitude d'une comète, on déduit une estimation de son l'activité. Afin d'identifier les éléments chimiques,
les méthodes de la spectroscopie dont le principe de base est que l'information sur la matière (les atomes, les molécules et leur état d'aggrégation) qui constitue un objet, est contenue dans le signal (la lumière émise ou réfléchie) qu'il nous envoie. Ces méthodes sont appliquées à différentes longueurs d'onde (les observations en ultra-violet, infra-rouge, et radio ).
enfin, la radio-astronomie permet de détecter les molécules mères du noyau et d'étudier le mouvement des radicaux libres dans l'environnement proche du noyau.
J. Crovisier (1996)- Rapporteur de ma thèse
Observation de ISM et lien avec les comètes
J. Crovisier (1996)
Observation des K.B.O et lien avec les comètes
Expériences de laboratoire
On dénombre trois grandes catégories d'expériences de laboratoire effectuées pour comprendre le matériau cométaire. Expériences de sublimation à grande moyenne et petite échelles.
L'étude en laboratoire de la cinétique de la sublimation d'échantillons de glace a montré que lorsqu'un mélange de glace et de grains silicatés est placé dans le vide et soumis à un :fiux d'énergie d'une constante solaire, les volatiles se subliment laissant place à un résidu réfractaire.
Expériences de sublimation à grande échelle
L'étude en laboratoire de la cinétique de la sublimation d'échantillons de glace a montré que lorsqu'un mélange de glace et de grains silicatés est placé dans le vide et soumis à un :fiux d'énergie d'une constante solaire, les volatiles se subliment laissant place à un résidu réfractaire. Utilisant les données obtenues lors de la campagne d'observations de la comète de P /Halley (1986), des expériences sont menées actuellement en Allemagne au LDR. Cette fois, les échantillons sont plus grands (60 cm de diamètre sur 30 cm d'épaisseur). Différentes glaces, matières réfractaires et insolations sont utilisées. La température à été mesurée à différentes profondeurs en fonction du temps. Il a été notamment établi que la phase gazeuse transporte de la chaleur à l'intérieur de l'échantillon et un frittage de la matrice poreuse a été constaté.
Baghul et al. (KOSI 6)
Under Construction !!
Expériences de cinétique de sublimation - Thin films
Modélisation Physico-Chimique
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Under construction !!
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Mayo Greenberg Model
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Naceur Bouziani physico-chemical and numerical model(1995)
