Les sujets de thèses

En un peu plus d'un an d'exploitation scientifique, le JWST a déjà révolutionné notre compréhension des exoplanètes et de leurs atmosphères. La mission spatiale ARIEL, qui sera lancée en 2029, contribuera en temps voulu à cette révolution. L'une des principales découvertes rendues possibles par la qualité exceptionnelle des données du JWST est que les atmosphères des exoplanètes sont en déséquilibre chimique. Un traitement complet du déséquilibre est à la fois complexe et coûteux sur le plan computationnel. Dans un premier temps, notre projet étudiera numériquement l'étendue du déséquilibre chimique dans les atmosphères des cibles du JWST. Nous utiliserons à cette fin un modèle photochimique développé chez nous. Dans un second temps, notre projet explorera les techniques de Machine Learning (ML) pour émuler les sorties du modèle photochimique complet à un coût de calcul réduit. Les performances de l'émulateur basé sur le ML seront analysées dans le but ultime de l'intégrer dans les modèles de inversion atmosphérique. Le projet proposé combine la physique et la chimie sophistiquées des atmosphères d'exoplanètes avec les développements de nouvelles techniques numériques.

L’activité du Soleil est modulée selon un cycle magnétique de 11 ans en moyenne, avec un prochain maximum d’activité prévu pour l’année 2025. Cette montée en activité implique une plus grande variabilité temporelle de notre étoile, que ce soit au niveau de son champ magnétique avec des structures intenses apparaissant et disparaissant à un rythme plus élevé, mais également au niveau de son atmosphère qui va produire un vent de particules plus changeant en vitesse et densité. Ces variations ont de fortes conséquences pour la Terre, puisqu’il devient alors plus difficile de prédire leur impact sur notre société technologique, comme les blackouts radio ou les surcharges électriques. L’un des plus grands défis de la météorologie de l’espace actuellement est donc d’arriver à donner des prévisions fiables pour les événements les plus variables qui sont souvent également les plus extrêmes.
Cette thèse propose de profiter de la conjonction sans précédent d’observations disponibles pour le prochain maximum solaire avec les sondes Parker Solar Probe et Solar Orbiter afin d’améliorer significativement les modèles de vent solaire disponibles. L’étudiant pourra ainsi calibrer le modèle 3D MHD Wind Predict-AW, qui est l’un des plus avancés en Europe, afin de caractériser sa capacité à reproduire les conditions de maximum d’activité. Cette caractérisation impliquera des comparaisons automatisées avec différents jeux de données solaires, sur des simulations hautement parallèle (HPC) produisant des résultats à l’échelle du Big Data. Il participera également au développement d’un nouveau modèle capable d’évoluer dans le temps des magnétogrammes basé sur l’approche magnéto-frictionnelle et l’évolution du champ électrique photosphérique, soit les techniques les plus avancées pour l’évolution temporelle des structures magnétiques, et s’en servira pour quantifier l’information manquante au maximum de l’activité solaire et ainsi améliorer les prévisions en météorologie de l’espace.

Depuis 1995 nous avons aujourd’hui détecté plus de 5500 planètes autour d’étoiles autres que le Soleil. Aujourd’hui, la communauté de recherche se concentre sur la caractérisation de leur atmosphère (avec le JWST et dans le futur la mission ESA Ariel) et la détection de planètes telluriques dans la zone habitable de leur étoile (avec la future mission ESA PLATO). Cependant, un aspect majeur de ces exoplanètes nous échappe aujourd’hui: quel type de champ magnétique peuvent-elles posséder ’ÀA l’aide de simulations numérique haute performance, cette thèse vise à combler un manque crucial dans notre compréhension de la connexion magnétique étoile-exoplanète, en en quantifiant de façon précise l’énergétique et la dépendance temporelle. Grâce à ces avancées, il sera alors possible d’utiliser la détection de cette connexion pour caractériser le champ magnétique des exoplanètes, ouvrant le champ de recherche du magnétisme exoplanétaire.