Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique

     Résumé :  Ma thèse est consacrée à l'étude des atmosphères d'exoplanètes avec le
télescope spatial James Webb Space Telescope (JWST). L'étude et la caractérisation
d'atmosphères d'exoplanètes représente aujourd'hui un enjeu majeur au sein de la
communauté scientifique et au-delà, puisqu'il s'agit de mettre en perspective tous ces
mondes découverts au cours des trois dernières décennies et notre propre Système solaire,
seul hôte connu de la vie à ce jour. La première partie de ce manuscrit est consacrée à
une introduction qui présente l'état de l'art de notre connaissance des atmosphères
d'exoplanètes en termes de composition atomique et moléculaire, de structure et de
dynamique. Cette introduction se concentre sur l'étude des atmosphères d'exoplanètes dites
transitantes (lorsque la planète passe devant son étoile dans l'axe de visée des
télescopes) et fournit une description de cette méthode observationnelle ainsi que des
défis associés. La deuxième partie de ce manuscrit s'intéresse à l’élaboration de
simulations d’observations d’atmosphères d’exoplanètes à l'aide du Mid-InfraRed Instrument
(MIRI) du JWST (à l'époque encore en attente de son lancement) et de son spectromètre
basse résolution (LRS). Mon objectif principal est la conception d'un outil de simulation
complet et robuste qui permette à la communauté de valider les méthodes de réduction de
données et de prédire les détections moléculaires [Dyrek+, sub., 2023, Morello, Dyrek+,
2022]. La troisième partie de ce manuscrit est dédiée à l'étude des performances en vol du
LRS de MIRI après le lancement du JWST, le jour de Noël 2021. En effet, l'arrivée des
premières données du JWST marque le début d'une étape cruciale de ma thèse. En
particulier, je m'appuie sur le premier transit exoplanétaire observé par MIRI, celui de
la Super-Terre L168-9b, choisie comme cible pour l’étude des performances. A partir de ces
données, je me suis concentrée sur l'identification de variations instrumentales infimes
qui portent atteinte à la stabilité temporelle des observations. De fait, je discute des
axes d’améliorations des méthodes de réduction de données dans le cadre de l’étude
d’exoplanètes en transit [Dyrek+, sub., 2023]. La dernière partie de ce manuscrit est
consacrée à l'analyse scientifique des courbes de lumières photométriques et
spectroscopiques d'atmosphères d'exoplanètes, des géantes gazeuses aux rocheuses
tempérées. Je présente mes travaux collaboratifs dans le cadre du Temps Garanti
d'Observation (GTO) et de l'Early Release Science (ERS) du JWST pour lesquels j'ai mené la
réduction et l'analyse des données. En particulier, je m'intéresse à la super-Neptune
WASP-107b dont l'analyse de données a conduit notamment à la première détection de dioxyde
soufre (SO2) en infrarouge moyen et à la première détection de nuages de silicates
[Dyrek+, sub., 2023b]. Enfin, je présente la première détection de l'émission thermique
d'une exoplanète rocheuse et tempérée, TRAPPIST-1b, pour laquelle nous avons contraint la
température de brillance qui indique l’absence d’une atmosphère dense [Greene +, 2023]. Le
chapitre final est dédié à l'ensemble des perspectives ouvertes par la révolution
observationnelle du JWST et de la future mission dédiée aux exoplanètes : Ariel.

•     Mots-clefs : Exoplanète, Atmosphère, Infrarouge, Instrumentation, Réduction et
traitement de données, Géantes gazeuses, Rocheuses tempérées

•     Directeur de thèse : Pierre-Olivier Lagage

•     Membres du jury : Magali Deleuil, Stéphane Mazevet, Giovanna Tinetti, Sarah Kendrew
et Sébastien Charnoz