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AbstractAbstract
[en] The Solar System hosts a category of objects called the Small Bodies, that were formed directly in the protoplanetary disk. In contrast to the planets, these Small Bodies didn't undergo planetary differentiation that rewrites their structure and changes their chemical and mineralogical composition. Therefore, they are supposed to be relics of the first objects formed directly inside the protoplanetary disk, and they might keep clues about the composition and the conditions inside the disk, where they were formed. Knowing these initial conditions of the protoplanetary disk helps understand planetary evolution, and the former base materials in the disk that led to the emergence of life on Earth. Spectroscopy studies of these most pristine Small Bodies exhibit that they display relatively flat and featureless spectra in the visible and near infrared (Vis-NIR), with a reddish spectral slope. Recent exploration missions in the vicinity of the most pristine of these bodies have showed that their surfaces are in fact extremely porous and composed of sub-micrometric grains, with sizes smaller than the wavelength of the light at which we study them. These characteristics have a strong influence on how the light is reflected on these surfaces, and hence on their spectral properties. Therefore, this work aims to better understand the interaction of light with these hyperfine grains and how it propagates inside such surfaces. That is the reason why we have developed a grinding protocol to produce powders of sub-micrometric grains and we have synthesized hyperporous samples similar to Small Bodies surfaces in terms of grain size, texture and structure. We studied the influence of grain size and porosity on spectral properties (band depth and spectral slope) in the Vis-NIR, using these samples. Measurements showed that the absorption bands tend to be shallower and that the spectral slopes also tend to change when the grain size inside the sample is decreasing. In a second part, this work was dedicated to explore the spectral characteristics of mixtures of hyperfine powders of materials with different optical indexes. We showed that when the hyperfine grains of different material are mixed together, grains are optically isolated and they interact with light individually according to the Rayleigh regime, giving a strong blue slope in the Vis-NIR reflectance spectra. A last part of this study consists in explaining the observation in the mid infrared of the 10 μm signature of silicates in cometary nucleus and on Jupiter trojans asteroids. Our work indicates that this signature is revealing the presence of hyperfine grains of silicates, well dispersed into a matrix of brighter materials. (author)
[fr]
Le Systeme Solaire heberge une population d'objets appeles Petits Corps. Ceux-ci resultent du processus de formation planetaire au sein du disque protoplanetaire, mais contrairement aux planetes, ils n'ont pas connu d'episode de differenciation reforgeant totalement leur organisation et changeant leurs compositions chimiques et mineralogiques. Ils sont donc supposes etre des vestiges des premiers objets formes dans le disque protoplanetaire, et doivent contenir des indices quant a la composition originelle ainsi qu'aux conditions de temperature du disque protoplanetaire, a l'endroit ou ils se sont formes. Connaitre ces conditions initiales dans le disque permettrait de mieux comprendre l'evolution des planetes, et des materiaux de base presents dans le disque ayant servi a la chimie pre-biotique. L'etude spectroscopique de la lumiere qui nous parvient des Petits Corps que l'on suppose les plus primitifs montre que ceux-ci presentent des spectres relativement plats avec peu de signatures spectrales, et une faible pente rouge. Les recentes missions d'exploration in-situ des plus primitifs de ces astres montrent que leur surface est constituee d'une couche poreuse de poussiere dont les grains affichent des tailles inferieures au micrometre, soit inferieures a la taille de la longueur d'onde a laquelle on les observe. Ces proprietes de surface doivent avoir une forte incidence sur la facon dont ces objets reflechissent la lumiere, et donc sur leurs proprietes spectrales. Les travaux effectues pendant les trois annees de cette these visent a mieux comprendre l'interaction de la lumiere avec des grains hyperfins (plus petits que la longueur d'onde), et comment elle se propage dans de telles surfaces. Dans cette perspective il a ete necessaire de mettre au point un protocole de broyage de materiaux permettant de produire des poudres dont la taille de grains est comparable a ce que l'on retrouve sur les surfaces des Petits Corps, ainsi que de synthetiser des echantillons analogues de ces surfaces en termes de structure et de texture (echantillons hyperporeux). Sur ces echantillons, il a ete question d'etudier l'influence de ces differents parametres (taille de grains et porosite) sur les caracteristiques spectrales (pente et profondeur de bande d'absorption) dans le visible et le proche infrarouge (Vis-NIR). Les mesures ont montre que les bandes d'absorption tendent a disparaitre et les pentes spectrales a varier lorsque la taille des grains diminue, induisant une uniformisation des spectres. Une partie de cette these a en outre ete dediee a l'exploration des caracteristiques spectrales de melanges de grains hyperfins de deux materiaux de proprietes optiques differentes (materiaux peu absorbants et materiaux tres absorbants). Nous avons mis en evidence que lorsque des grains de materiaux d'indices optiques differents sont intimement melanges, ils se retrouvent optiquement isoles et interagissent avec la lumiere de maniere individuelle selon le regime de la diffusion Rayleigh, donnant aux spectres en reflectance une pente bleue caracteristique dans le Vis-NIR. Enfin, un dernier aspect aborde dans cette these consiste en l'explication de l'observation, sur des noyaux cometaires et des surfaces d'asteroides troyens de Jupiter, de spectres en emissivite presentant des signatures de silicates vers 10 μm. Nos travaux indiquent que cette signature des silicates est revelatrice de la presence de grains hyperfins de silicates disperses dans une matrice de materiaux plus brillants dans le moyen infrarouge. (auteur)Original Title
Proprietes optiques d'analogues des surfaces des petits corps primitifs du systeme solaire
Primary Subject
Secondary Subject
Source
7 Oct 2021; 210 p; [230 refs.]; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These Docteur de l'Universite Grenoble Alpes, Specialite: Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
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