Mathieu Le Feuvre | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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Planétologie et sciences spatiales

  Mathieu Le Feuvre

Modéliser le bombardement des planètes et des lunes. Application à la datation par comptage des cratères.
Encadrant (et co-encadrant) : 
Résumé: 

L’objectif de ce travail est de donner de nouvelles estimations du taux de formation des cratères à la surface de la Lune et des planètes telluriques. Pour ce faire, nous commençons par bâtir une population réaliste d’impacteurs potentiels, à partir des observations et modèles de la distribution orbitale des astéroïdes et comètes qui parcourent le systeme solaire interne. Les probabilités d’impact sont calculées en fonction des conditions d’approche avec la planète (vitesse, direction), en utilisant les formules existantes. L’étude de la Lune a nécessité l’établissement de probabilités adaptées, applicables au cas de n’importe quel autre satellite. Connaissant la distribution de probabilité des conditions d’approche, nous déterminons le flux et les conditions d’impact en fonction de la position à la surface du corps bombardé, à l’aide de nouveaux outils analytiques. Par le biais des dernières lois d’échelles qui relient l’impact à la taille du cratère formé, nous convertissons enfin nos estimations en terme de taux de formation des cratères.

 

Notre modèle reproduit de manière excellente la distribution taille / fréquence des cratères lunaires observés, sous l’hypothèse que le régolithe superficiel induit la formation des petits cratères en régime dit « poreux », tandis que les cratères plus grands, plus profonds, se forment en régime « non poreux ». Le nombre absolu de cratères formés par nos simulations est en accord avec l’hypothèse répandue selon laquelle la population d’impacteurs, réapprovisionnée par les résonances au sein de la ceinture principale d’astéroïdes, est en état de relatif équilibre depuis trois milliards d’années. Le modèle est également en accord raisonnable avec les données sismiques lunaires. Nous prédisons des variations spatiales du taux de cratérisation, significatives en particulier sur Mars et sur la Lune. Les pôles martiens, une fois les variations d’obliquité de la planète prises en compte, accumulent les cratères 30 % plus rapidement que l’équateur (par unité de surface). Sur la Lune, des variations en longitude s’ajoutent, engendrées par sa rotation synchrone. Le minimum est localisé en (±60N, 90E), et le maximum, près de 50 % plus élevé, se situe en (0N, 90W). Les résultats lunaires semblent être validés par certaines observations, même si les incertitudes associées à ces dernières sont grandes. Les variations journalières du flux d’impacts terrestre sont en accord avec les observations radar de météores. Sur l’ensemble de la population de croiseurs, on s’attend à observer deux maxima : l’un à midi, l’autre à minuit. A mesure que l’on considère des projectiles de plus en plus rapides, le flux se concentre autour de 6 heures du matin.

 

L’âge d’une surface est relié à la densité de cratères qui la recouvrent, via une relation empirique bâtie grâce aux échantillons lunaires. En substance, cette relation prédit une accumulation constante de cratères dans les trois derniers milliards d’années, et un accroissement exponentiel au-delà. Nous corrigeons les points de calibration de la méthode, en tenant compte des variations spatiales. Il s’avère que la solution analytique de référence s’en trouve confortée. La position d’une unité géologique en passe d’être datée devrait être prise en compte pour convertir la densité de cratères mesurée en équivalent planétaire global. Si les incertitudes inhérentes à la méthode sont en général plus grandes que les erreurs induites par les variations spatiales, le biais associé peut être de 800 millions d’années dans le pire des cas. La méthode s’exporte aux autres planètes, à condition de connaître le taux de cratérisation relatif à la Lune. Nos résultats impliquent de nouvelles estimations d’âge. Par exemple, nous calculons que la surface de Vénus est vieille d’environ 230 millions d’années. Caloris Mare, sur Mercure, se voit attribuer un âge de 3.7 milliards d’années. Le temps d’accumulation des cratons terrestres est estimé à 380 millions d’années, ce qui est en parfait accord avec les données géologiques.

 

Date de soutenance: 
Vendredi 03 Octobre 2008 - 14:00
Jury: 
Jean Besse (Président). Valery Lainey (Examinateur), Jacques Laskar (Examinateur), Alessandro Morbidelli (Rapporteur), Patrick Pinet (Rapporteur), Mark Wieczorek (Directeur de thèse)