I6 : De la poussière aux planètes

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  • Le processus par lequel les planètes se forment autour des étoiles est activement débattu. Il est généralement admis que les planètes se forment dans un disque protoplanétaire, riche en poussières et de gaz qui se forme autour d’une étoile jeune. Cependant de nombreuses questions importantes restent sans réponse concernant les différentes phases de la formation des planètes et sur l’évolution des planètes juste après leur formation: comment les poussières coagulent pour former les qui serviront à former les planètes, comment les planètes évoluent-elles et acquièrent-elle leur composition chimique ? Répondre à ces question nécessite un approche multi-disciplinaire, à l’interface entre l’astrophysique et les géosciences, et utilisant des outils de nature très différentes tels que la simulation numérique, les expériences de laboratoire et l’observation et l’exploration in-situ des planètes.

    Des contraintes importantes sur les phases les plus précoces de la formation planétaire peuvent être apportées par l’observation de jeunes disques protoplanétaires (à l’aide des instruments VISIR et JWST), mais aussi par des mesures en laboratoire sur la composition et la structure des météorites qui nous renseignent sur la chronologie de la formation de la matière primitive et ses conditions physico-chimiques de formation

    Vue d’artiste d’un système planétaire en formation

    La structure interne des planètes peut être contrainte en étudiant la composition de ses principaux réservoirs géochimiques et en étudiant leur évolution thermique ultérieure. Les données ont des origines diverses : données géophysiques (obtenues notamment par le biais du champ de gravité de la planète, ou mesures sismiques, ou mesures physiques de surface) observations in-situ grâce à des satellites ou véhicules d’observation (cartes topographiques, images de paysages volcaniques). Egalement, les expériences de laboratoire à haute pression sont cruciales pour la compréhension de la physique de la différenciation planétaire, et en particulier pour comprendre la répartition des éléments entre la croûte, le manteau, le noyau.

    Vue d’artiste de la phase finale de la formation d’une planète tellurique


    Tel un système totalement interconnecté, l’atmosphère d’une planète évolue conjointement avec sa surface. Cela peut conduire à la formation de structures de surface dynamiques comme les dunes, comme cela a été observé dans tout le système solaire. Elles constituent un outil puissant pour contraindre la dynamique atmosphérique et des matériaux de surface, mais dont la morphogenèse et le lien avec les conditions climatiques sont encore mal compris.

     

    Ces 3 axes de recherche sont naturellement liés, et correspondent à trois périodes dans l’évolution planétaire. Ceux-ci feront l’objet de trois thèmes de recherche ambitieux:

    • Formation (thème 1): l’assemblage des planètes : des poussières aux embryons planétaire
    • l’évolution précoce (thème 2): différenciation, structure interne et l’évolution géologique des planètes telluriques
    • L’évolution à long terme (thème 3): les interactions atmosphère-surface

    Ces trois thèmes de recherche sont liés entre eux et, ensemble, contraindront les processus de formation des planètes et d’évolution planétaire par le biais d’expériences, d’observations et de simulations numériques.

    Ce projet a été lancé en janvier 2014 et se base sur deux projets précédents « formation des planètes et de la Lune » et « Dunes dans le Système Solaire »


  • A venir
  • Theme 1:

    [1] Baillié K., Charnoz S., Time Evolution of a Viscous Protoplanetary Disk with a Free Geometry: Toward a More Self-consistent Picture. 2014. Apj 786, id.35

    [2] Tajeddine R; N., Rambaux; Lainey, , S. charnoz and 3 co-authors. Constraints on Mimas’ interior from Cassini ISS libration measurements. Accepted in SCIENCE (publication in Nov. 2014)

    [3] S. Charnoz, J. Aléon, N. Chaumard, E. Tailliffet. Formation of CAI by coagulation and fragmentation. Submitted to Icarus. Moderate revisions required.

    [4] Baillié K., Charnoz S., Pantin E. Evolution of front regions and planet traps in an evolving protoplanetary disk. Submitted to A&A

    [5] Charnoz S. , Michaut C. Dynamical and thermodynamical evolution of the protoluar disk. Submitted to Icarus.

    [6] Chaussidon M. & Liu M.C. Early Solar System processes: from nebular gas to the precursors of the Earth. AGU Monograph « Early Earth »

    [7] Furi E, Chaussidon M. & Marty B. (accepté) Evidence for an early nitrogen isotopic evolution in the solar nebula from volatile analyses of a CV3 CAI. Geochim. Cosmochim. Acta

    [8] Luu T.-H., Young E.D. , Gounelle M. & Chaussidon M. (en révision) A short time interval for condensation of high temperature silicates in the solar accretion disk. Proc. Nat. Acad. Sci.

    [9] Mishra R. & Chaussidon M. (2014) Fossil records of high level of 60Fe in chondrules from unequilibrated chondrites. Earth Planet. Sci. Lett. 398, 90-100.
    [10] Moreira M., Charnoz S. . The origin of the neon isotopes in chondrites and Earth, Submitted to EPSL

    [11] Paul S. Savage, Heng Chen, Igor S. Puchtel, Gregory Shofner, J. Siebert, J. Badro, F. Moynier. Under review, Nature Geoscience.

    [12] Moynier, F. et Fegley, B. The Earth’s building blocks. AGU monograph, accepted with revisions.

    [13] Chen, H., Moynier, F., Humayun, M., Bishop, MC, Williams, J. Cosmogenic effects on Cu isotopes in IVB iron meteorites: Implications for the Hf-W chronometry. Geochimica et cosmochimica acta. Accepted with revisions

    Theme 2:

    [1] Miljković, K., M. A. Wieczorek, G. S. Collins, M. Laneuville, G. A. Neumann, H. J. Melosh, S. C. Solomon, R. J. Phillips, D. E. Smith and M. T. Zuber (2013). Asymmetric distribution of lunar impact basins caused by variations in target properties, Science, 342, 724-726, doi:10.1126/science.1243224.

    [2] Laneuville, M., M. A. Wieczorek, D. Breuer, and N. Tosi (2013). Asymmetric thermal evolution of the Moon, J. Geophys. Res. Planets, 118, 1435-1452, doi:10.1002/jgre.20103.

    [3] Thorey, C., and C. Michaut (2014), A model for the dynamics of crater-centered intrusion: Application to lunar floor-fractured craters, J. Geophys. Res. Planets, 119, 286–312, doi:10.1002/2013JE004467.

    [4] Laneuville, M., M. A. Wieczorek, D. Breuer, J. Aubert, G. Morard, T. Rückriemen (2014). A long-lived lunar dynamo powered by core crystallization, Earth Planet. Sci. Lett., 401, 251-260, doi:10.1016/j.epsl.2014.05.057.

    [5] Miljkovic, K., M. A. Wieczorek, G. S. Collins, S. C. Solomon, D. E. Smith, M. T Zuber, Excavation of the lunar mantle by basin-forming events on the Moon, Earth Planet. Sci. Lett., in revision.

    [6] Price, M.C., Ramkissoon, N. K., McMahon, S., Miljkovic, K., Parnell, J., Wozniakiewicz, P. J., Kearsley, A. T., Blamey, N. J. F., Cole, M. J., Burchell, M. J. (2014). Limits on methane release and generation via hypervelocity impact of Martian analogue materials, Int. J. Astrobiology, 13, 132-140, doi: 10.1017/S1473550413000384.

    [7] Thorey C., Michaut C. (2014). A model for the dynamics of crater-centered intrusion: Application to lunar floor-fractured craters, Journal of Geophysical Research: Planets, DOI: 10.1002/2013JE004467

    [8] Thorey C., Michaut C., Wieczorek M. (2015). Gravitational signatures of lunar floor-fractured craters, Earth Planet. Sci. Lett., doi:10.1016/j.epsl.2015.04.021

    [9] Charnoz, S. and C. Michaut, Evolution of the protolunar disk: Dynamics, cooling timescale and implantation of volatiles onto the Earth, Icarus 260, p. 440-463, doi:10.1016/j.icarus.2015.07.018, 2015.

    [10] Michaut, C., M. Thiriet and C. Thorey, Insights into mare basalt thicknesses on the Moon from intrusive magmatism, Phys. Earth Planet. Int. 257, p.187-192, doi:10.1016/j.pepi.2016.05.019, 2016.

    [11] Thorey, C. and C. Michaut, Elastic-plated gravity currents with a temperature-dependent viscosity, J. Fluid Mech. 805, p. 88-117, doi:10.1017/jfm.2016.538, 2016.

    [12]Thiriet, M., C. Michaut, D. Breuer, and A.-C. Plesa, Consequence of a hemispheric dichotomy in crustal composition on the thermal evolution of Mars, to be submitted to J. Geophys. Res. Planets.

    Theme 3:

    [1] S. Rodriguez, A. Garcia, A. Lucas, T. Appéré, A. Le Gall, E. Reffet, L. Le Corre, S. Le Mouélic, T. Cornet, S. Courrech du Pont, C. Narteau, O. Bourgeois, J. Radebaugh, K. Arnold, J.W. Barnes, C. Sotin, R.H. Brown, R.D. Lorenz and E.P. Turtle. Global mapping and characterization of Titan’s dune fields with Cassini: correlation between RADAR and VIMS observations, Icarus, doi: 10.1016/j.icarus.2013.11.017 (2014).

    [2] A. Lucas, S. Rodriguez, C. Narteau, B. Charnay, T. Tokano, A. Garcia, M. Thiriet, S. Courrech du Pont, A.G. Hayes, R.D. Lorenz. Origin and morphology of Titan’s dune, GRL, in press.

    [3] S. Courrech du Pont, C. Narteau, X. Gao. Two modes for dune orientation, Geology, doi:10.1130/G35657.1 (2014).

    [4] B. Charnay, E. Barth, S. Rafkin, C. Narteau, S. Lebonnois, S. Rodriguez, S. Courrech du Pont and A. Lucas. Methane storms control Titan’s dune orientation, Nature Geoscience, under review.

    [5] L. Ping, C. Narteau, Z. Dong, S. Courrech du Pont. Emergence of oblique dunes in a landscape-scale experiment, Nature Geoscience, 7, 99-103 (2014).

    [6] X. Gao, D. Zhang, O. Rozier, C. Narteau. Transport capacity and saturation mechanism in a real-space cellular automaton dune model, Advances in Geosciences, 37 , 40-49 (2014).

    [7] D. Zhang, X. Yang, O. Rozier, C. Narteau. Mean sediment residence time in barchan dunes, Journal of Geophysical Research, 119, 451-463 (2014).

    2. CONFERENCE AND WORKSHOPS (PRESENTATIONS AND/OR ORGANISATIONS)

    43 presentations at international conferences + 1 special session organisation.

    Theme 1

    [1] Taillifet E., Baillié K., Charnoz S., Aléon J. Origin of refractory inclusion diversity by turbulent transport in the inner solar nebula. 2013. 45th LPSC conference, Houston TX

    [2] Crida, A.; Charnoz, S. SATELLITE FORMATION :spreading of rings beyond the Roche radius. 2014. SF2A conference.

    [3] Crida, A.; Charnoz, S. SATELLITE FORMATION :spreading of rings beyond the Roche radius. 2014. Protostar and Planets 6 conference.

    [4] S. Charnoz. Satellite formation from rings . 2014. PNP meeting, October 2014

    [5] Charnoz S., Crida A. Formation of regular satellites from the spreading of massive rings : Why some planets have one moon and other have many ? 45th DPS conference. Denver

    [6] Charnoz S., Michaut C. Dynamical and thermodynamical evolution of the protoplanetary disk. ACCRETE meeting, Nice, 2014

    [7] Charnoz S., Michaut C.. Dynamical and thermodynamical evolution of the protoplanetary disk. DPS 2014 (Arizona)

    [8] Charnoz, S.. Challenge in coupling dynamical and collisional evolution of particulate disks. Namur 2014, complex planetary systems, (Invited)

    [9] Moreira M, Versailles (Université inter-âges), l’état de la Terre aux origines de la Vie, 7 octobre 2014

    [10] Roubinet , Moreira, Noble Gas Systematics in MORBs and OIBs and Reconstitution of the Time-Evolution of Mantle Composition for Heavy Noble Gases: the Role of Subduction of Atmospheric Noble Gases. AGU 2014

    [11] Aurelia P Colin, Manuel A Moreira, Cecile Gautheron and Peter Burnard, Constraints on the noble gas composition of the Icelandic plume source by laser analyses of individual vesicles in the volcanic glass DICE 11, AGU 2014

    [12] K. Metzler and M. Chaussidon, Early chondrule formation and accretion in the Krymka LL3.2 chondrite, 77th annual meeting of the Meteoritical Society, abstract #5257.

    [13] Chaussidon M. and Bischoff A., Is there a difference in age of formation and precursor composition between large and normal chondrules? 77th annual meeting of the Meteoritical Society, abstract #5256.
    [14] Chaussidon M., Oxygen and Magnesium isotopic constraints on the presence of planetary fragments in meteoritic chondrules, ACCRETE meeting, Nice, 2014

    [15] Charnoz. Evolution of the protolunar disk and constrains on the origin of the Moon. Invited talk. PURE workshop (IPGP, 2014)

    [16] Crida A., Charnoz S. A general model of satellite formation. 2014. Namur (Invited]

    [17] Roubinet , Moreira, Noble Gas Systematics in MORBs and OIBs and Reconstitution of the Time-Evolution of Mantle Composition for Heavy Noble Gases: the Role of Subduction of Atmospheric Noble Gases. AGU 2014

    [18] Aurelia P Colin, Manuel A Moreira, Cecile Gautheron and Peter Burnard, Constraints on the noble gas composition of the Icelandic plume source by laser analyses of individual vesicles in the volcanic glass DICE 11, AGU 2014

    [19] Charnoz, S.. Evolution of the protolunar disk: the origin of the moon material. SF2A 2014.

    [20] Charnoz S. The Protolunar Disk. Organization of a special session at the ACCRETE meeting (2014)
    Theme 2:

    [1] C. Thorey and C. Michaut, Thermal evolution of a magmatic intrusion, Abstract V13E-2663 presented at Fall Meeting, AGU, San Francisco, Calif., 9-13 Dec, 2013.

    [2] C. Michaut and C. Thorey (présentation invitée), Consequences of the low density of the primary crust on the magmatic history of the Moon, Abstract P51H-05 presented at Fall Meeting, AGU, San Francisco, CA, 9-13 Dec, 2013.

    [3] C. Thorey, C. Michaut and M. Wieczorek, Gravitational Signatures of Lunar Floor-Fractured craters, 45th LPSC, abstract 2225, 2014.

    [4] C. Thorey and C. Michaut, Effect of a Temperature-Dependent Viscosity on the Spreading of Laccoliths, to be presented at Fall Meeting, AGU, 2014.

    [5] K. Miljkovic et al., Excavation of the mantle in basin forming impact events on the Moon, 45th LPSC, abstract 1828, 2014.

    [6] M. Laneuville et al., A long-lived lunar dynamo powered by core crystallization, 45th LPSC, abstract 1819, 2014.

    [7] Thorey, C. and  C. Michaut, Effect of a Temperature-Dependent Viscosity on the Spreading of Laccoliths, Abstract P51A-3898, AGU Fall Meeting  2014.

    [8] Michaut, C., and C. Thorey, Detection and characterization of shallow magmatic intrusions in terrestrial planets, IUGG-0829, Prague, June  2015,  solicited talk.

    [9] Michaut, C., and C. Thorey, Magmatic intrusions in the lunar crust, EPSC, Abstract 2015-59, held in Nantes, Oct 2015, Talk.

    [10] Michaut C., and C. Thorey, A general model for shallow magmatic intrusions, AGU Fall Meeting held in San Francisco Dec.  2015.

    [11] Thiriet, M.,  C. Michaut and D. Breuer, Effect of a buried felsic component in the Southern crust of Mars on lithosphere growth, 47th LPSC held in the Woodlands, Texas, March  2016.

    [12] Michaut, C., C. Thorey and V. Pinel, Magmatism on the Moon, EGU meeting held in Vienna, Austria, April  2016, solicited talk.

    [13] Michaut C., and C. Thorey, Shallow magmatic intrusions in planetary crusts, GeoMod 2016 conference Montpellier, France | 17–20 October 2016,  présentation invitée, keynote speaker.

    [14] Thiriet, M.,  C. Michaut and D. Breuer, Hemispheric dichotomy in lithosphere growth on Mars caused by differences in crustal composition, AGU Fall Meeting held in San Francisco Dec. 2016.

    [15] Michaut, C., Forced-floding by laccolith and saucer-shaped sill intrusions on the Earth, planets and icy satellites, EGU General Assembly, Vienna, Austria, April 2017,  solicited talk.

    Theme 3:

    [1] A. Garcia, S. Rodriguez, A. Lucas, T. Appéré, A. Le Gall, E. Reffet, L. Le Corre, S. Le Mouélic, T. Cornet, S. Courrech Du Pont, C. Narteau, O. Bourgeois, J. Radebaugh, K. Arnold, J.W. Barnes, C. Sotin, R.H. Brown, R.D. Lorenz, E.P. Turtle. Global characterization of Titan’s dune fields by RADAR and VIMS observations, AGU 8-13 December 2013 in San Francisco.

    [2] B. Charnay, E.L. Barth, S.C. Rafkin, C. Narteau, S. Lebonnois, S. Rodriguez. Is Titan’s dune orientation controlled by tropical methane storms? AGU 8-13 December 2013 in San Francisco.

    [3] C. Narteau, Ping L., Dong Z., Courrech Du Pont S., Emergence of oblique dunes in a landscape scale experiment, AGU Fall Meeting, Eos Trans. 94, abstract No. EP43F-02, 2013.

    [4] D. Zhang, Yang, X., Rozier O., Narteau C., Mean residence time in barchan dunes, AGU Fall Meeting, Eos Trans. 94, abstract No. EP53B-0836, 2013.

    [5] O. Rozier, Narteau C., A Real Space Cellular Automaton Laboratory, AGU Fall Meeting, Eos Trans. 94, abstract No. NG43A-1667, 2013.

    [7] [invited] S. Rodriguez, S. Le Mouélic, C. Sotin, T. Cornet, J.W. Barnes, R.H. Brown. Titan’s surface and atmosphere as seen by the VIMS hyperspectral imager onboard Cassini, IEEE, proceedings of the Workshop on Hyperspectral Image and Signal Processing: Evolution in Remote Sensing (Whispers), Lausanne, Switzerland, 24-27 June 2014.

    3. TEACHING AND EXTENSION TO THE GENERAL PUBLIC

    14 conferences / lectures given to the public in 2014.

    Seven of our permanent members are professor or assistant professor, so they do their regular teaching duty and several lectures are directly connected to the labex activity (planet formation, cosmochemistry, interior and structure of Earths etc;.)

    Theme 1:

    [1] S. Charnoz. Les comètes et la mission Rosetta . Palais de la Découverte (Paris)

    [2] S. Charnoz. Numerical simulation in planetary sciences. Labex Fall School (Florence, Italy)

    [3] S. Charnoz. Invitation radio sur France Inter dans l’emission « La tête au carré » : Les satellites du Système Solaire.

    [4] Moreira M, Versailles (Université inter-âges), l’état de la Terre aux origines de la Vie, 7 octobre 2014

    [5] Moynier, F. Origin of volatile element depletions in the solar system. School IPGP/UCL on deep Earth.
    [6] Moynier, F. Application of Si isotopes to understand core formation. Lecture given at IPGP doctoral school

    [7] S. Charnoz, Crida A. The Origin of Saturn’s icy moons. Paper published in LA RECHERCHE (popular science magazine), in issue 486 (April 2014)

    Theme 2:

    [1] M. Wieczorek, “Recent results from the NASA’s lunar gravity mapping mission, GRAIL”, Bureau des longitudes, May 7, 2014.

    Theme 3:

    [1] S. Rodriguez, “History of water on Mars”, Fête de la Science, October 2013, University Paris Diderot, France.

    [2] C. Narteau, Les mers de sable du système solaire, 23 Octobre 2013, Institut Cervantes, Pékin, Chine.

    [3] S. Rodriguez, “Titan: twin sister of the Earth. Last news from Cassini”, “Les Conférences du pôle Kerichen-Vauban” association, December 2013, Brest, France.

    [4] Press release CNRS-INSUM, Emergence de dunes obliques en Mongolie Intérieure, une expérience originale à l’échelle des paysages.

    [5] Press release Physics Today (http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/news/10.1063/PT.5.7045).

    [6] S.Rodriguez, invitation émission de radio Europe 1 « Les origines du futur : Sommes-nous seuls dans l’Univers ? », diffusion août 2014.

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