La connaissance du flux UltraViolet (UV) solaire et de sa variabilité dans le temps est un problème clé aussi bien dans le domaine de l’aéronomie qu’en physique solaire. Alors que l’extrême UV, entre 10 et 121 nm, est important pour la caractérisation de l’ionosphère, l’UV entre 121 et 300 nm l’est tout autant pour les modélisations climatiques. La mesure continue de l’irradiance dans l’UV est cependant une tâche ardue. En effet, les instruments spatiaux étant dans un environnement hostile se dégradent rapidement. De nombreux modèles basés sur des indices solaires sont alors utilisées lorsque peu de données sont disponibles. Pourtant, l’utilisation de ces indices ne permet pas d’atteindre aujourd’hui une précision suffisante pour les différentes applications en météorologie de l’espace. Comme alternative, ce travail de thèse met en avant l’utilisation de bandes passantes pour reconstruire l’irradiance solaire dans l’UV. En utilisant des méthodes d’analyse statistique multivariée, ce travail met tout d’abord en évidence la forte cohérence de la variabilité spectrale de l’irradiance dans l’UV, ainsi que ses principales caractéristiques. Une première étape consiste à utiliser des bandes passantes existantes afin de tester la faisabilité de notre approche : le flux UV peut ainsi être reconstruit avec une erreur relative d’environ 20%, une bien meilleure performance qu’avec l’utilisation d’indices solaires. Afin de limiter les problèmes de dégradation liés à l’utilisation des filtres, nous proposons un instrument d’un genre nouveau basé uniquement sur des détecteurs à larges bande interdite permettant de sélectionner une bande spectrale (notamment pour l’UV à partir de 120 nm). Un tel radiomètre permettrait de reconstruire les raies spectrales importantes pour la spécification de la thermosphère terrestre avec une bonne précision. Enfin, une modélisation de l’impact du flux UV solaire sur l’atmosphère de Ganymède est exposée. Les émissions atmosphériques pour quelques espèces sont alors calculées, afin de proposer quelques recommandations pour les futures missions pour Jupiter. / The knowledge of the solar spectral irradiance in the UV and its variation in time is a key problem in aeronomy but also in climatology and in solar physics. While the Extreme UV (10-121 nm) range is important for thermosphere/ionosphere specification, the Far UV and Middle UV ranges are essential for climate modelling. However, the continuous monitoring of the UV irradiance is a difficult task. Space instruments are indeed suffering from ageing but also signal contamination of many kinds. Because of the lack of long-term measurements of the whole UV range, most thermosphere/ionosphere and climate models rely today on proxies for the solar irradiance, which may however not reflect very well the variability. As an alternative, we proposed in this work to use a few radiometers with properly chosen passbands in order to reconstruct the solar UV irradiance. Using a multivariate statistical approach, we first characterize the high redundancy as well as the different features of the solar UV irradiance. With four passbands from already existing instrument, we test our concept : the solar UV flux is reconstructed with a relative error of about 20%. This work proposes then to define a new kind of instrument, which may use wide bandgap materials as detectors selecting moreover the spectral range without using filters. Filters are indeed very sensitive to the degradation. This new instrument could reconstruct very well some spectral lines important to the Earth thermosphere specification. This thesis finally proposes to model the impact of the solar UV flux on the atmosphere of Ganymede. We predict some atmospheric emissions in the framework of future space mission to Jupiter.

Ganymède, une lune de Jupiter, est le plus grand et le plus massif des satellites de notre système solaire. Cet objet a été observé depuis la Terre, notamment grâce au télescope Hubble (HST), et in situ par la sonde Galileo. Grâce à ces observations, une atmosphère très ténue, ou exosphère,principalement composée d'hydrogène, d'oxygène et d'oxygène moléculaire, a été détectée au voisinage de Ganymède. Ganymède est l'unique lune du système solaire possédant son propre champ magnétique intrinsèque, qui, en interagissant avec le plasma magnétosphérique jovien, génère unemini-magnétosphère. Cette magnétosphère est imbriquée dans celle de Jupiter. C'est le seul cas connu d'interaction entre deux magnétosphères. Galileo est l'une des seules sondes spatiales ayant investigué l'environnement complexe de Ganymède. La prochaine mission spatiale qui étudiera ce satellite estune mission européenne de l'ESA : JUICE (JUpiter ICy moon Exploration). Dans le cadre de cette mission, et dans un but de mieux connaître ce satellite, mon travail de thèse a consisté à modéliser l'environnement global neutre et ionisé de Ganymède.La première partie de mon travail de thèse a été consacrée à l'étude de l'exosphère de Ganymède à l'aide d'un modèle 3D Monte-Carlo. J'ai parallélisé ce modèle afin d'améliorer ses performances et d'enrichir la physique décrite par le modèle. Les résultats sont comparés à ceux d'autres modèles, ainsi que les observations effectuées par le HST et Galileo. L'environnement ionisé, en particulier la magnétosphère de Ganymède, a été ensuite étudié à l'aide d'un modèle hybride parallèle 3D, notamment en se plaçant dans les conditions d'observations de Ganymède par Galileo. Les résultats sont globalement cohérents avec les observations, et concordent avec ceux d'autres modèles, maismontrent néanmoins une nécessité d'améliorer significativement la résolution spatiale du modèle. De ce fait, une partie significative de mon travail de thèse a été dédiée au développement et à l'implémentation d'une approche multi-grilles au sein du modèle hybride, pour améliorer la résolution spatiale d'un facteur 2 dans le voisinage proche du satellite. Enfin, les résultats obtenus avec ce modèle optimisé sont confrontés aux observations de Galileo. / Jupiter’s moon Ganymede is the biggest and most massive satellite of our solar system. Thisobject has been observed from the Earth, with the Hubble Space Telescope (HST), and through in situ measurements by Galileo spacecraft. Thanks to these observations, a very tenuous atmosphere, or exosphere, has been detected at Ganymede. It is mainly composed of atomic hydrogen, atomic oxygen, and molecular oxygen. Ganymede is the only moon of the solar system to have its own intrinsic magnetic field, which generates a minimagnetosphere interacting with the magnetospheric jovian plasma. This magnetosphere is embedded in the jovian magnetosphere. It is the only known case of interaction between two magnetospheres. Galileo is the only mission that has investigated the complex ionized environment of Ganymede. The next space mission dedicated to investigate the Jovian magnetosphere and its galilean satellite is an European mission from ESA : JUICE (Jupiter ICy moons Explorer). In the frame of this mission, and to prepare future observations at Ganymede, my thesis work has consisted in modeling the global neutral and ionized environment of Ganymede. The first part of my thesis work has been dedicated to the study of Ganymede’s exosphere with a 3D Monte-Carlo model. I have parallelized this model to improve its performance and to enrich the physics described by the model. Results have been compared to those of other models, and to HST and Galileo observations. The ionized environment, in particular the magnetosphere of Ganymede, has then been studied with a 3D parallel hybrid model,considering the observation conditions of Galileo. Results are globally consistent with the observations and with other models, but show the necessity to significantly improve the spatial resolution. Therefore, a significant part of my work has been dedicated to the development of a multi-grid approach in the hybrid model, to divide by 2 the spatial resolution at the vicinity of Ganymede. Finally, results obtained with the optimized model are compared to Galileo observations.

Ce document contient un rapport scientifique résultant de plus de quatre années de recherche théorique et expérimentale sur un type particulier de systèmes physico-chimiques appelés hydrates de clathrates de gaz. Ces systèmes sont des composés d'inclusion constitués d'un cadre aqueux tridimensionnel contenant des molécules de gaz avec de faibles moments dipolaires dans leurs cavités. Les hydrates de clathrate de gaz sont très importants dans une grande variété de domaines scientifiques liés aux sciences de la vie ou à la planétologie, et ils sont également considérés comme une ressource naturelle principale pour l'industrie de l'énergie. Habituellement, les hydrates de clathrate de gaz nécessitent une pression élevée et une température basse pour être thermodynamiquement stables. En fonction de ces conditions, différentes phases ont été détectées, les plus courantes étant les structures cubiques sI et sII, la sH hexagonale et la structure de glace remplacée orthorhombique (FIS). Notre étude a considérablement progressé dans la connaissance du comportement du méthane et des hydrates de clathrate de dioxyde de carbone dans différentes conditions de pression et de température. En particulier, nous avons contribué à : (i) la détermination et la compréhension des régions thermodynamiques de stabilité, (ii) la caractérisation d'une structure haute pression controversée et (iii) la mise en place d'un nouvel équipement expérimental pour les mesures Raman dans une gamme de pression jusqu'à 1 GPa [...] / This document contains a scientific report resulting from more than four years of theoretical and experimental research on a particular kind of physicochemical systems called gas clathrate hydrates. These systems are inclusion compounds constituted by a three dimensional water framework hosting gas molecules with low dipolar moments in its cavities. Gas clathrate hydrates are very important in a great variety of scientific fields related to life sciences or planetology, and they are also considered as a main natural resource for the energy industry. Usually, gas clathrate hydrates need high pressure and low temperature to be thermodynamically stable. Depending on these conditions, differentphases have been detected being the most common ones the cubic structuressI and sII, the hexagonal sH, and the orthorhombic Filled Ice Structure(FIS). Our study has substantially advanced in the knowledge of the behaviorof methane and carbon dioxide clathrate hydrates under different pressure andtemperature conditions. In particular, we have contributed to: (i) the determination and understanding of stability thermodynamic regions, (ii) the characterizationof a controversial high-pressure structure, and (iii) setting up a new experimental equipment for Raman measurements in a pressure range up to 1 GPa [...] / Este documento contiene el informe científico resultante después de más de cuatro años de investigación teórica y experimental sobre un tipo particular de sistemas físico-químicos llamados clatratos hidratos de gas. Estos sistemas son compuestos de inclusión constituidos por un armazón tridimensional de agua que aloja en sus cavidades moléculas de gas con momentos dipolares bajos.Los clatratos hidratos de gas son muy importantes en una gran variedad de campos científicos relacionados con las ciencias de la vida o la planetología, y también se consideran como uno de los principales recursos naturales para la industria energética. Por lo general, los clatratos hidratos de gas necesitan alta presión y baja temperatura para ser termodinámicamente estables.Dependiendo de estas condiciones, se han detectado diferentes fases siendo las más comunes las estructuras cúbicas sI y sII, hexagonal sH y la estructura ortorrómbica de hielo relleno (FIS). Nuestro estudio ha avanzado sustancialmente en el conocimiento del comportamiento de los clatratos hidratos de metano y dióxido de carbono en diferentes condiciones de presión y temperatura, proporcionando (i) regiones termodinámicas de estabilidad, (ii) la caracterización de una estructura de alta presión controvertida y (iii) un nuevo equipo experimental para mediciones Raman en un rango de presión de hasta 1 GPa [...]

Ce mémoire de maîtrise vise à comprendre le symbolisme de la mosaïque de Ganymède de la Maison de Dionysos à Néa Paphos (Chypre) datée de la fin du IIe ou du début du IIIe siècle p.C. et à préciser le contexte d’utilisation de la salle. Ce double questionnement découle de l’observation des motifs géométriques associés à la scène qui représente l’enlèvement de l’éphèbe troyen par un aigle. D’une part, la nature du « fleuron », associé au panneau figuratif, est analysée à l’aide de documents iconographiques et de textes anciens. Les résultats de cette analyse permettent de discuter du sens symbolique, idéologique ou philosophico-religieux que ces motifs confèreraient à la scène. D’autre part, la disposition des « fleurons » et des autres motifs géométriques suggère que la salle aurait pu être utilisée dans un contexte précis. Outre ces indices décoratifs, la fonction de la salle est aussi discutée selon les données architecturales et planimétriques. Certaines conclusions sur le symbolisme, qui découlent de l’étude de la mosaïque de Ganymède, sont ensuite confrontées à certains pavements figurés de la domus. / This masters essay aims to understand the symbolism of the Ganymede mosaic of the House of Dionysus in Nea Paphos (Cyprus) dated to the end of the 2nd or the beginning of the 3rd century AD and to determine the room’s use. This double inquiry arises from the observation of the geometric details associated with the scene representing the rapt of the Trojan ephebe by an eagle. Firstly, the nature of the "rosette" associated with the figurative panel is analyzed with the iconographic documents and the ancient texts. The results of this analysis allow us to discuss the symbolic, ideological or philosophical-religious meaning that motifs would confer on the scene. Secondly, the arrangement of the "rosette" and other geometric patterns suggests that the room could have been used in a specific context. In addition to these decorative clues, the function of the room is also discussed according to architectural and planimetric data. Some conclusions about the symbolism that emerge from the study of the mosaic of Ganymede are then confronted with certain figured pavements found in the domus.

La connaissance du flux UltraViolet (UV) solaire et de sa variabilité dans le temps est un problème clé aussi bien dans le domaine de l'aéronomie qu'en physique solaire. Alors que l'extrême UV, entre 10 et 121 nm, est important pour la caractérisation de l'ionosphère, l'UV entre 121 et 300 nm l'est tout autant pour les modélisations climatiques. La mesure continue de l'irradiance dans l'UV est cependant une tâche ardue. En effet, les instruments spatiaux étant dans un environnement hostile se dégradent rapidement. De nombreux modèles basés sur des indices solaires sont alors utilisées lorsque peu de données sont disponibles. Pourtant, l'utilisation de ces indices ne permet pas d'atteindre aujourd'hui une précision suffisante pour les différentes applications en météorologie de l'espace. Comme alternative, ce travail de thèse met en avant l'utilisation de bandes passantes pour reconstruire l'irradiance solaire dans l'UV. En utilisant des méthodes d'analyse statistique multivariée, ce travail met tout d'abord en évidence la forte cohérence de la variabilité spectrale de l'irradiance dans l'UV, ainsi que ses principales caractéristiques. Une première étape consiste à utiliser des bandes passantes existantes afin de tester la faisabilité de notre approche: le flux UV peut ainsi être reconstruit avec une erreur relative d'environ 20%, une bien meilleure performance qu'avec l'utilisation d'indices solaires. Ce travail propose ensuite plusieurs choix pour définir un futur instrument d'un genre nouveau. Afin de limiter les problèmes de dégradation liés à l'utilisation de filtres, les nouveaux détecteurs à matériaux à large bande interdite permettent de sélectionner la bande spectrale, notamment pour l'UV à partir de 120 nm. Enfin, une modélisation de l'impact du flux UV solaire sur l'atmosphère de Ganymède est exposée. Les émissions atmosphériques pour quelques espèces sont alors calculées, afin de proposer quelques recommandations pour les futures missions pour Jupiter.

Les satellites glacés de Jupiter sont d'un grand intérêt scientifique dans la recherche d'habitabilité au sein de notre système solaire. Elles abritent probablement toutes trois des océans d'eau liquide sous leur croûte glacée. Leurs surfaces présentent différents stades d’évolution – celle de Callisto est très ancienne et entièrement recouverte de cratères, celle de Ganymede est un mélange de terrains sombres et cratérisés et de plaines claires et plus jeunes et la surface d’Europa est la plus jeune et présente des signes d’activité récente. Cette thèse porte sur la photométrie, c’est à dire l’étude de l’énergie lumineuse réfléchie par une surface, en fonction des géométries d’éclairement et d’observation. Les études photométriques permettent de déterminer l’état physique et la microtexture des surfaces (porosité, structure interne, forme des grains, rugosité, transparence…). Une bonne connaissance photométrique est également d'une importance cruciale dans la correction des jeux de données pour toute étude cartographique ou spectroscopique ainsi que pour les futures missions de cette décennie : Europa Clipper de la NASA et JUpiter ICy Moons Explorer de l’ESA.Deux types d’information sont nécessaires pour réaliser une étude photométrique : des données de réflectance et des données géométriques (conditions d’illumination et d'observation). Pour obtenir les premières, nous avons utilisé et calibré des images de missions spatiales passées - Voyager, New Horizons et Galileo. Pour obtenir les secondes, nous avons développé des outils permettant de corriger les métadonnées de ces images (ex : la position et l'orientation des sondes) afin d’obtenir des informations géométriques précises. Nous avons, d’autre part, développé un outil d’inversion pour estimer les paramètres photométriques de Hapke sur des régions d’Europa, Ganymede et Callisto sur l’ensemble du jeu de données en un seul calcul. Enfin, nous discutons des liens possibles entre les paramètres photométriques estimés, la microtexture de la surface et les processus endogènes/exogènes mis en jeu. / Jupiter's icy moons are of great interest in the search for habitability in our Solar System. They probably all harbor liquid water ocean underneath their icy crust. Their surfaces present different stages of evolution – Callisto is heavily cratered and the oldest, Ganymede shows a combination of dark cratered terrain and younger bright plains and Europa’s surface is the youngest with signs of recent and maybe current activity. This work focuses on photometry, i.e. the study of the light scattered by a surface in relation to the illumination and observation geometry. Photometric studies give us insight on the physical state and microtexture of the surface (compaction, internal structure, shape, roughness, transparency…). A good photometric knowledge is also of crucial importance in the correction of datasets for any mapping or spectroscopic study as well as for the future missions of this decade – NASA’s Europa Clipper and ESA’s JUpiter ICy moons Explorer.Two pieces of information are necessary to conduct a photometric study – reflectance data and geometric information (illumination, viewing conditions). For the former, we have used and calibrated images from past space missions – Voyager, New Horizons and Galileo. For the latter, we have developed tools to correct these images metadata (e.g. spacecraft position and orientation) to derive precise geometric information. Moreover, we have developed a Bayesian inversion tool to estimate Hapke’s photometric parameters on regions of Europa, Ganymede and Callisto. We estimate all parameters on our entire dataset at once. Finally, we discuss the possible links between the photometric parameters, the surface microtexture and endogenic/exogenic processes.