Masse, rayon; densité structure interne

tbd

Composition

Yves Bénilan (2014)

Surface

Alice Le Gall (2014)

Prérequis : Composition des planètes (manteaux silicatés/glacés...)

• Décrire :
  • Température des surfaces (température d’équilibre radiatif/température de surface, conduction de la chaleur dans le sol)
  • Processus de cratérisation et âges des surfaces
  • Processus d’altération des surfaces sans atmosphère (bombardement micro-météoritique, émission solaire, rayons cosmiques, dilation thermique)
  • Erosion des surfaces avec atmosphère (altération chimique et physique, cycle gel/dégel, érosion fluviale, éolienne…)
  • Renouvellement des surfaces (volcanisme dans les manteaux silicatés, cryo-volcanisme, tectonique)
• Comprendre : Rayonnement électromagnétique, notion de corps noir, d’émissivité, d’albédo de Bond, lois de Planck, de Wien, de Stefan, de Kirchhoff…
• Se tester : Zone d’habitabilité / de stabilité de la glace du système solaire, exercices sur la notion de profondeur de peau thermique (diurne ou saisonnière), exercice sur la cratérisation/la croissance du régolite lunaire, exercices de géomorphologie (photo-interprétation)…
• Mini-projet : Applette température de surface

Formation, évolution

P. Thébault (2015)

Systèmes planétaires

tbd

Température

Emmanuel Marcq

• Introduction : Prérequis : thermodynamique du gaz parfait, notion d'énergie cinétique/potentielle, hydrostatique
• Décrire :
  • La température des couches externes détermine en grande partie les conditions à la surface et les observables à distance.
  • Détermine (avec la pression) les états de la matière possibles ("volatils").
  • Compétition énergie thermique / gravité : notion d'échelle de hauteur, de gradient adiabatique (qualitatif)
  • Équilibre avec rayonnement EM : notion d'émission et absorption thermique (Corps noir), température d'équilibre et température efficace.
  • Effet de serre
• Comprendre :
  • diagramme des phases
  • échelle de hauteur, gradient adiabatique (quantitatif)
  • lois de Planck, de Wien, de Kirchoff.
  • Calculs de Teff autour d'une étoile (sans atmosphère)
  • Modèle à une couche d'effet de serre.
• Se Tester : Exercices simples d'application des lois ci-dessus (contexte exoplanétaire ? films de SF ?)
• Mini-projet : manipulation d'un modèle/applet à deux couches (http://marcq.page.latmos.ipsl.fr/TP_En680/TP_En680.html)

Dynamique atmosphérique

T. Navarro, V. Ciarletti (2015)

Prérequis : notion de fluide, ondes mécaniques, pression, force de Coriolis

• Décrire : Bilan radiatif au sommet de l'atmosphère : nécessité d'une circulation Revue des différentes dynamiques atmosphériques connues : Vénus, Terre, Mars, Titan, planètes géantes
• Comprendre :
  • Équations primitives
  • Cellule de Hadley : structure et description, vent jet
  • Équilibres géostrophique, cyclostrophique
  • Ondes : acoustique, de gravité, de marée, de Rossby, ondes barocline, barotrope
  • Ondes stationnaire, progressive
  • Interaction flot moyen : Flux d'Eliassen-Palm et théorie «transformed eulerian mean», gravity wave drag, etc ...
• Se tester : Questions sur les points précédents
• Mini-projet : Applet qui passe en revue les structures atmosphériques appliquées à différentes planètes, selon différents paramètres :
  • Taille et flux d'une cellule de Hadley en fonction de paramètres planétaires : rayon, rotation, échelle de hauteur atmosphérique
  • Ondes : revue des différents types d'ondes en fonction de paramètres.

Haute atmosphère (ionosphère, thermosphère, exosphère)

Jean-Yves Chaufray

Composition, nuages aérosols

Yves Bénilan

Prérequis : Equilibre hydrostatique, cinétique chimique, thermodynamique (enthalpie de réaction, chaleur latente), base de structure moléculaire (énergie de liaison, énergie d'ionisation)

• Décrire :
  • Introduction : Les planètes avec une atmosphère dans le système solaire : les planètes géantes et les planètes tellurique.
  • Atmosphères primitives et secondaires.
  • Thermochimie et photochimie
  • Atmosphères oxydantes et réduites.
  • Complexification de la chimie sous l'influence d'une source d'énergie.
  • Aérosols photochimiques et nuages
  • Interaction atmosphère/surface: sources et puits
  • Variations saisonnières
• Comprendre :
  • Diffusion atmosphérique
  • Equilibre thermochimique, réaction exothermiques et endothermiques
  • Interaction rayonnement matière, ionisation et photolyse.
  • Cinétique chimique
  • Croissance moléculaire.
  • Equilibre thermodynamique: évaporation et condensation (Référence à Température)
  • Coagulation et coalescence.
• Se Tester : Exercices simples sur la diffusion moléculaire (temps caractéristiques), cinétique chimique (temps caractéristiques), équilibre thermochimique (exothermique/endothermique), équilibres de phase (condensation/évaporation),
• Mini-projet : Etudes d'articles

Satellites anneaux

tbd

Magnétosphère

S. Hess, R. Modolo (2014)

• Introduction : pré-requis : électromagnétisme
• Décrire :
  1. Topologie et nomenclature
  2. Différences magnétosphres intrinsèque / induite
  3. champ interne
  4. aurores
• Comprendre:
  • dynamique des particules chargées
  • invariants adiabatiques (vitesse de dérive)
  • théorème du champ gelé
  • courant
  • déformation de la magnétosphère
  • (processus d'accélération des particules chargées)
• Se Tester : QCM + exercice (calcul analytique) sur le mouvement d'une particule chargée dans un champ électromagnétique uniforme
• Mini-projet :
  • mesures satellitaires et identifications des régions observées
  • éventuellement un calcul sur les invariants adiabatiques

Disques et petits corps

N. Fray

Introduction :

1. Qu'est ce qu'un disque ?
2. Qu'est qu'un petit corps ?
3. De quoi est-il composé ?

• Décrire :
  1. Formation des planètes, lien avec II.A (notions de disque, planétésimal, petits corps,...)
  2. Migration des planètes (interactions disque / planètes)
  3. Les différents types de petits corps : astéroïdes, KBOs, comètes,...
  4. Propriétés physico-chimiques, orbitales,... des petits corps => Les différences entre les petits corps
  5. Les impacts : (interactions petits corps / planètes) probabilités, description de quelques impacts notables (Shoemaker-Levy 9 sur Jupiter en 1994, Tunguska sur Terre en 1908)
  6. Les météorites
  7. Apport de l'étude des petits corps à la compréhension de la formation du système solaire.
• Comprendre :
  1. Météorites différenciées et non-différenciées
  2. Datations isotopiques des météorites => Datation des 1ers solides du système solaire
  3. Datation des surfaces planétaires (densité surfacique de cratères)
• Se tester : Quelques exercices simples. QCM et/ou questions sur les points précédents.
• Mini-projet :

Exobiologie : Etudes de la Vie dans les environnements extraterrestres

F. Stalport, Y. Bénilan

Introduction Définition de la Vie : pour la biochimie, pour la biologie, pour les physiologistes pour les généticiens, pour les physiciens, pour les animistes…

• Décrire :
  • Recherche de structures moléculaires pouvant être à l’origine d’une chimie prébiotique : Milieu interstellaire, Comètes, Météorites, Atmosphère (Titan), Mars, Europe, Exoplanètes
  • Recherche de Vie passée ou présente dans des environnements extraterrestres qui sont ou ont pu être compatibles avec son apparition Mars, Europe, Exoplanètes
• Comprendre :
  • Sources de matériau carboné :
    • synthèses atmosphériques (exemple : atmosphère de Titan)
    • apports du milieu interplanétaire (exemple : les météorites carbonées, Murchison)
    • sources hydrothermales/serpentinisation (exemple : Europe par analogie avec la Terre)
  • Exobiologie et exploration spatiale
    • Mars (la mission Viking et la recherche de vie, ALH84001 témoin d’une vie passée ?, présence passé d’eau liquide par les MER, Mars Express et MRO, recherche de traces de matière organique et de trace de vie par MSL)
    • Titan (atmosphère réductrice dense avec azote, Tholins : Voyager, Cassini-Huygens)
    • Comètes (apport extraterrestre de matériau organique, lien avec le milieu interstellaire, eau : Stardust, Deep Impact, Rosetta)
    • Satellite galiléens (Europe, Ganymède : Océan interne, interaction avec le noyau rocheux : Voyager, Galileo, JUICE)
• Se tester : QCM sur les missions spatiales et leurs apports à l'exobiologie
• Mini-projet : Rechercher sur les sites d’agences spatiales les prochaines missions qui sont susceptibles d’apporter des éléments de réponse aux questionnements actuels sur l’exobiologie

Exobiologie : Origine de la vie sur Terre

M. Bertrand et F. Westall

• Décrire :
  • Historique : chimie prébiotique
  • Définition actuelle : origine et évolution de la Vie (sur Terre), atomes, molécules, cellules, organismes
  • Définition de la Vie : le vivant terrestre comme référence : la notion de vie reste compliquée à définir (entre molécules et cellules) et est très variable d’une culture à l’autre.
  1. Le vivant sur Terre : les organismes
     • L’arbre du vivant actuel et ses trois grands groupes (archées, bactéries, eucaryotes).
       • Archées
       • Bactéries
       • Eucaryotes
       • Différence et similitude entre ces trois grands groupes
       • Différence entre entités biologiques (virus) et êtres vivants : caractéristiques d’un organisme vivant.
     • Environnements nécessaires au vivant
     • Les limites du vivant
     • Les extrêmophiles (acidophiles, alcalophiles, halophiles, métalotolérants, psychrophiles, piézophiles, radiorésistants, thermophiles, hyperthermophiles)
  2. La vie sur la Terre primitive
     • Nature de la vie primitive terrestre (le vivant autrefois)
     • Evolution de la vie primitive terrestre
     • LUCA : embranchements possibles
     • Préservation des microorganismes (selon leur nature, leur environnement, …) ; Processus de fossilisation; Biosignatures
     • Les plus anciennes traces de vie
  3. Le vivant sur Terre : les molécules de la vie
     • Environnements nécessaires à l’évolution des molécules organiques vers le vivant (sources d’énergie, matière organique, eau liquide)
     • Processus physicochimiques favorables à son apparition (température, salinité, acidité, …)
     • Les macromolécules du vivant et leurs fonctions
       • Protéines
       • Acides nucléiques
       • Sucres
       • Lipides
     • La chiralité
• Comprendre :
  • Sources de matériau carboné : atmosphère, apports extraterrestres, sources hydrothermales (évents marins).
  • Chimie prébiotique : Pasteur, Oparin, Miller, Synthèse de Strecker, Formose, peptides, réactions de Fisher-Tropsch.
  • Les grands types de métabolismes : types trophiques
  • Processus de préservation des traces de vie (fossilisation, carbonatation) dans le détail.
  • Le 2- (molécules de la vie) peut être repris en approfondissant certaines notions.
• Se tester : Quelques exercices à proposer :
  1. trouver les macromolécules qui correspondent à leur fonctions
  2. trouver les différents apports potentiels de matière organique,
  3. réactions chimiques : quelles réactions dans quel environnement.
• Mini-projet :