Spectroscopie infrarouge cométaire : analyse des observations de la comète 9P/Tempel 1 obtenues avec le télescope spatial Spitzer lors de l'évènement Deep Impact

Les cometes sont des petits corps glaces primitifs, temoins de la formation du Systeme Solaire. Leur composition pourrait etre inchangee depuis leur accretion dans le disque protoplanetaire. Leur etude nous renseigne donc sur les processus physiques et chimiques de la formation planetaire. Lorsque les cometes passent a proximite du Soleil, leur noyau s'entoure d'une atmosphere appelee coma composee de poussieres et des produits de sublimation des glaces, ce qui rend leur noyau difficilement observable. La NASA a choisi la comete 9P/Tempel 1 comme cible de la mission Deep Impact. C'est l'unique mission spatiale, a ce jour, a avoir sonde de l'interieur d'un noyau cometaire en impactant sa surface le 4 juillet 2005. Au cours de cette these, je me suis interessee a l'etude des ejectas associes a cet evenement ce qui m'a permis 1/ d'analyser l'activite de la comete 9P/Tempel 1 ainsi que les proprietes de sa coma avant et apres la collision et 2/ de determiner le rapport poussiere/glace dans les couches profondes du noyau. Pour cela j'ai exploite et interprete, en developpant des modeles numeriques, les donnees spectroscopiques dans l'infrarouge fournies par le telescope spatial Spitzer avant et apres l'impact. Les spectres de Spitzer, dont les gammes de longueur d'onde s'etendent entre 5. 2--13. 2 µm, permettent d'analyser l'emission de fluorescence de la bande de vibration v₂ de l'eau a 6. 4 µm et l'emission thermique de la poussiere. L'evolution temporelle du continuum du a la poussiere a ete analysee avec ce modele thermique en considerant deux lois de distribution en taille et deux types de grains : des grains de carbone amorphe et des grains constitues d'un manteau de carbone amorphe et d'un coeur de silicates amorphes. La temperature des grains est deduite de l'equilibre radiatif et les coefficients d'absorption sont calcules en utilisant la theorie de Mie. Les parametres libres des distributions en taille ont ete contraints pour les ejectas de poussieres et pour la poussiere de la coma ambiante ce qui a permis de deduire l'evolution temporelle de la masse des ejectas dans le champ de vue. L'analyse des donnees montre que l'impact a conduit a la liberation d'une grande quantite de petits grains. Elle suggere egalement que les grains se sont fragmentes lors de leur expansion dans la coma. La masse totale des poussieres presentes pour des grains entre 0. 1 et 100 µm, estimee a (0. 5--2. 1) x 10⁶ kg, est en accord avec d'autres valeurs publiees dans la litterature. L'emission thermique des ejectas de poussieres a l'interieur du champ de vue de Spitzer a ete interpretee par un modele dependant du temps qui simule le developpement de nuage et prend en compte la dynamique des gains. La loi de variation de la vitesse des grains en fonction de leur taille a ete contrainte par ce modele. La bande d'emission v₂ de l'eau a ete extraite des spectres de Spitzer et le nombre de molecules d'eau a l'interieur du champ de vue de Spitzer a ete deduit en utilisant un modele de fluorescence. L'etude de la distribution spatiale du nombre de molecules d'eau avant l'impact par un modele de densite a permis de determiner le taux de production en eau pour la coma ambiante de la comete 9P/Tempel 1, egal a 4. 7 x 10²⁷ molecules s-1. L'evolution temporelle du nombre de molecules dans le champ de vue, etudiee avec un modele dependant du temps simulant l'evolution du nuage de molecules d'eau a permis de deduire la masse de vapeur d'eau injectee par l'impact qui est estimee a (7. 4 +/- 1. 5) x 10⁶ kg. Cette evolution temporelle met en evidence une production prolongee de molecules d'eau apres l'impact provenant de la sublimation de grains de glace presents dans les ejectas. Un modele de sublimation de grains a ete developpe pour analyser la production soutenue de vapeur d'eau apres l'impact. Deux approches, correspondant a un milieu dense et rarefie, ont ete utilisees pour modeliser l'expansion des molecules d'eau provenant de la sublimation de grains glaces (glace pure ou comprenant des impuretes) dans le flux de gaz ambiant. L'analyse des donnees met en evidence la presence de grains de glace pure dans des ejectas. La masse de glace de ce modele pour des grains de rayons entre 0. 1 et 1 µm est estimee a Mglace > 4. 7 x 10⁶ kg. Cette etude sur l'eau et la poussiere dans les ejectas conduit a un rapport poussiere/glace < 0. 03. Ce resultat, mis en comparaison avec le rapport poussiere/gaz ~ 1 normalement mesure dans les atmospheres cometaires, suggere la presence d'une quantite importante de glace sous la surface du noyau de comete 9P/Tempel 1.