Thèse Étude des Processus d'Évolution de la Surface de Mercure Via l'Analyse des Données Simbio-Sys - Bepi-Colombo H/F - Université Paris-Saclay GS Physique

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France
Laboratoire de recherche : Institut d'Astrophysique Spatiale
Direction de la thèse : Cateline LANTZ ORCID 0000000309744770
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-26T23:59:59

La plus petite planète du Système solaire, Mercure, reste un objet intrigant. Difficile d'accès pour une sonde spatiale, seules deux missions NASA y ont jusqu'à présent collecté des informations (survols de Mariner 10 en 1975 et mise en orbite de MESSENGER en 2011). Si différentes unités géologiques ou spectrales ont pu être mises en évidence, la détermination de la composition de la planète reste encore assez incertaine.
C'est dans ce contexte que la mission spatiale BepiColombo/ESA [Benkhoff et a. 2021] va débuter les observations de Mercure en 2027 avec pour objectif de cartographier en détail les différents terrains identifiés jusqu'ici. De nombreuses questions scientifiques chercheront ainsi à être résolues : âge des terrains, mécanismes de formation des structures géologiques, composition chimique des glaces, processus d'altération de la surface, etc.
De par sa forte implication sur la conception de la suite d'instruments SIMBIO-SYS [Cremonese et al. 2020], l'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS, Univ. Paris Saclay) a une position de premier plan pour analyser les données prises sur la surface de Mercure. En particulier en ce qui concerne les données du spectro-imageur VIHI opérant dans le visible et le proche-infrarouge (400-2200 nm), technique emblématique du laboratoire.

Le sujet de thèse proposé vise dans un premier temps (environ 6 mois) à affiner notre compréhension de VIHI en traitant les données d'étalonnage (sol et croisière). L'IAS étant responsable de l'étalonnage croisé de l'instrument, nous avons un accès unique à ces mesures. Ce travail permettra à l'équipe d'anticiper au mieux les artéfacts présents dans les données pour les interpréter correctement et en tirer le meilleur résultat scientifique possible.
Une fois les premières mesures scientifiques acquises sur Mercure (à partir du printemps 2027), la personne recrutée en thèse sera alors en capacité unique d'explorer des questions scientifiques auxquelles VIHI pourra apporter des éléments de réponse, telles que : quelle est la composition de la glace sur Mercure [Neumann et al. 2013] ? quelles sont les caractéristiques des « hollows », ces formations récentes aux propriétés spectrales uniques [Blewett et al. 2013, Barraud et al. 2023] ? comment l'altération spatiale (« space weathering ») modifie-t-elle les différents terrains de la surface de Mercure [Domingue et al. 2014, Caminiti et al. 2024] ?

Un volet expérimental pourra compléter le travail de thèse en apportant un réel support aux observations de la mission. En effet, l'IAS a développé une expérience d'irradiations ioniques permettant de simuler le vent solaire impactant la surface des objets sans atmosphère [Brunetto et al. 2014, Lantz et al. 2017], un des processus majeurs de l'altération spatiale. Une ligne de spectroscopie de réflectance visible-proche infrarouge couvrant la gamme spectrale de VIHI permet de suivre les modifications spectrales in situ. L'utilisation d'un microscope spectro-imageur installé sur la ligne SMIS de SOLEIL permet d'étendre la gamme de longueur d'onde dans le moyen infra-rouge [Lantz et al. 2024] couvrant cette fois la gamme spectrale de l'instrument MERTIS de Bepi-Colombo [Hiesinger et al. 2020]. De plus, un programme de recherche sur ce sujet (dirigé par C. Lantz) a démarré au sein d'un consortium international [Barraud et al. 2025] où nous cherchons à déterminer si les effets de l'altération spatiale peuvent être détectés par les spectromètres VIHI et MERTIS. Le travail de thèse sera ainsi valorisé aussi bien au sein de ce consortium indépendant que dans l'équipe scientifique de la mission spatiale.

Nous envisageons deux à trois publications premier auteur pendant le projet de thèse : une première liée à la partie étalonnage instrumental, une seconde portant sur l'analyse des données de VIHI et éventuellement, en fonction des résultats obtenus et de l'orientation choisie pour la thèse, une troisième associée à la partie expérimentale.

Formation de niveau M1 en physique (université ou écoles d'ingénieur généralistes).
Formation de niveau M2 en astrophysique.
Autonomie, méthodes numériques (Python).