Doctorant: Thomas Le Liboux
Directeurs: Nicolas André (ISAE-Supaero, IRAP), Ronan Modolo (LATMOS), François Leblanc (LATMOS)
Début de thèse: 2023
Groupe thématique: PEPS
Date de soutenance: 1er octobre 2026, 14h
Rapporteur.ice.s: Karine Issautier (LIRIA), Roch Smets (LPP)
Examinateur.ice.s: Vincent Génot (IRAP), Mika Holmberg (DIAS), Lucas Liuzzo (University of California, Berkeley)
Lieu de soutenance: Salle de conférence, IRAP-Roche, Toulouse
Résumé
Des quatre lunes galiléennes de Jupiter, Callisto est celle orbitant à la plus grande distance de la planète géante. Avec sa surface ancienne, criblée de cratères, sa structure interne encore mal définie et son probable océan de sous-surface, Callisto est sans aucun doute le plus mystérieux des satellites galiléens à ce jour. Les quelques survols de la lune glacée effectués par la sonde Galileo, complétés par des observations à distance, ont permis d’en apprendre plus à son sujet, notamment de son atmosphère ténue, dominée par l’O2 et le CO2, de son ionosphère relativement dense et de son océan de sous-surface. Au cours de son orbite à travers la magnétosphère de Jupiter, Callisto rencontre des environnements magnétosphériques variés avec lesquels elle interagit, via l’érosion de sa surface ou la formation d’ailes d’Alfvén, entre autres. Cette variabilité de l’environnement magnétosphérique à l’orbite de Callisto est principalement due à l’inclinaison du dipôle magnétique jovien par rapport à l’axe de rotation de la géante gazeuse, imposant ainsi une importante excursion en latitude magnétique. Les variations temporelles du champ magnétique dans lequel baigne la lune galiléenne sont à l’origine de phénomènes d’induction électromagnétique au sein de ses couches conductrices, à savoir son ionosphère et son océan de sous-surface. C’est d’ailleurs grâce à la mesure du champ induit dans ce dernier par le magnétomètre à bord de la mission Galileo qu’a pu être attestée l’existence d’une couche d’eau liquide sous la croûte glacée.
Alors que les missions JUICE de l’ESA et Europa Clipper de la NASA sont actuellement en route vers Jupiter et ses lunes glacées, prévoyant d’effectuer de nombreux survols de Callisto, il est essentiel de préparer au mieux leur arrivée en combinant observations et simulations afin de participer à l’amélioration de nos connaissances concernant la lune glacée et son interaction avec la magnétosphère de Jupiter.
Après la mission Galileo à la fin des années 1990, la mission Juno toujours en cours a été la seconde à se mettre en orbite autour de la planète géante. Bien que, contrairement à son prédécesseur, elle n’ait effectué aucun survol de Callisto, elle a croisé l’orbite de la lune à de nombreuses reprises. Ces traversées, souvent qualifiées de « ghost flybys », sont alors l’occasion de sonder les conditions magnétosphériques non perturbées que la lune est amenée à rencontrer au cours de son orbite. En combinant les mesures effectuées par les magnétomètres et les détecteurs de particules (électrons, ions lourds) à bord des deux missions, il est alors possible de quantifier les paramètres du plasma et du champ magnétique, ainsi que d’étudier leur variabilité. Ce travail a permis de mettre en avant l’importante variabilité due à la position magnétique, elle-même modulée par le temps local, avec une variabilité accrue côté dawnside de Jupiter.
Des simulations décrivant l’interaction entre les environnements neutre et ionisé de Callisto avec la magnétosphère jovienne ont également été développées. Celles-ci utilisent le code parallélisé LatHyS, permettant d’effectuer des simulations 3D hybrides multi-espèces de cette interaction. En raison de l’important rayon de giration des espèces ioniques ionosphériques capturées par le champ jovien à Callisto, une description cinétique de la composante ionique du plasma est essentielle afin de capturer les asymétries de l’interaction plasma à Callisto. Un modèle auto-cohérent de résistivité ionosphérique a également été développé, et le couplage avec un modèle exosphérique a été effectué. Les simulations effectuées à l’aide de LatHyS mettent ainsi en avant la richesse des types d’interactions de la lune glacée en fonction de sa position magnétique au sein de la magnétosphère jovienne. Le modèle développé sera en mesure de préparer efficacement les survols prévus pour les missions JUICE et Europa Clipper à venir.