Titre : Simulations numériques des orages convectifs et du cycle du méthane sur Titan et comparaison aux observations Cassini/ISS
Date : 17/09/2026, 14h

Résumé :

L’objectif de cette thèse est de mieux évaluer l’effet des lacs et des nuages de méthane sur le cycle méthanologique de Titan, la plus grande lune de Saturne.

Dans cette optique, nous réalisons des simulations de la circulation atmosphérique locale autour d’un lac de méthane, en utilisant le modèle mtWRF. mtWRF est une version adaptée à Titan du modèle WRF (pour Weather, Research and Forecasting model). WRF est utilisé dans de nombreuses études et employé en routine pour la prévision du temps sur Terre. Ici, nous réalisons des simulations 2D qui nous permettent de quantifier l’évaporation du méthane et son mélange dans le premier kilomètre au-dessus de la surface, en fonction de la topographie, des propriétés de surface sur les abords du lac, et de la saison. Nous mettons en évidence le fait que la saison, la topographie et la rugosité de surface ont une influence sur la quantité de méthane transférée à l’atmosphère et sur sa répartition dans la couche limite atmosphérique, influençant ainsi la quantité de méthane disponible pour qu’un potentiel nuage se forme.

Nous proposons ensuite une réanalyse des images de la caméra nommée ISS, embarquée à bord de la mission Cassini-Huygens (une mission spatiale qui a exploré le système de Saturne de 2004 à 2017). L’apport de cette nouvelle base de données est principalement la détermination de la surface couverte par les nuages, et une description quantitative de leur forme. Les nuages sont classés en quatre types : les petits nuages isolés, les clusters de nuages, les nuages allongés, et les tempêtes globales. Les données montrent que ces nuages apparaissent surtout à certaines saisons et localités. Une étude préliminaire pour quantifier l’agrégation nuageuse avec l’indice Iorg est appliquée à certaines images de clusters de nuages.

Pour mettre en évidence les mécanismes qui régissent la formation et l’évolution des nuages troposphériques de méthane sur Titan, nous développons un nouveau modèle résolvant les nuages. Le modèle est issu du couplage de deux modèles :  un modèle décrivant les processus physiques qui ont lieu dans l’atmosphère de Titan (Titan PCM), et un modèle de dynamique atmosphérique (WRF). Le Titan PCM est utilisé dans plusieurs études de l’atmosphère de Titan, principalement avec des modèles atmosphériques globaux. Avec le nouveau modèle couplé obtenu, nous simulons des cellules convectives isolées. Les nuages modélisés atteignent la troposphère dans certaines configurations. Des vents de surface forts sont obtenus, jusqu’à plus de 20 m/s, tout comme des vents ascendants atteignant 50 m/s lors de la formation du nuage. Pour explorer différentes saisons et latitudes, nous faisons varier les données d’entrée du modèle. Les résultats montrent que les nuages se forment préférentiellement à certaines saisons et à certaines latitudes, ce qui est en accord avec les observations. Une simulation avec un toit de modèle élevé montre que le nuage peut introduire du méthane dans la stratosphère, ce qui produit une augmentation localisée de la quantité de méthane dans cette couche atmosphérique. Ce résultat est un premier pas vers la reproduction des observations, qui montrent des variations latitudinales de la quantité de méthane stratosphérique.

Informations supplémentaires :
La soutenance sera en anglais.
Lieu : Salle de l’UFR, 46-56 N2
Visio:
https://zoom.us/j/99938290468
ID: 99938290468, pass: 529699

Composition du jury :
Solène TURQUETY — Présidente
Erika BARTH — Rapportrice
Sébastien RODRIGUEZ — Rapporteur
Nicolas ROCHETIN — Examinateur
Elizabeth TURTLE — Examinatrice
Manuel LÓPEZ-PUERTAS — Examinateur
Ricardo HUESO — Invité
Aymeric SPIGA — Directeur de thèse
Audrey CHATAIN — Co-encadrante de thèse