Cette thèse vise à mieux connaître la structure thermique de la haute atmosphère jovienne dans les régions polaires . Pour cela, deux points sont abordés : la caractérisation des ondes de gravité stratosphériques, et les variations de température dans l'ionosphère. L'étude d'occultations stellaires a permis d'obtenir des profils de température à haute altitude pour les deux hémisphères. Ces profils confirment l'augmentation de température stratosphérique lorsqu'on se rapproche des pôles. L'analyse temps-échelle de ces profils de température a permis de détecter des ondes de gravité, et d'en caractériser certains modes. Cette thèse développe également des méthodes d'étude, caractérise les limites de chaque méthode, et définit des stratégies d'observations pour la détection d'ondes de gravité. L'analyse de données du spectro-imageur BEAR portant sur les raies d'émission de H3+ dans l'infrarouge proche a ensuite permis de mettre en évidence des variations latitudinales et longitudinales de la température ionosphériques dans la zone aurorale, et de les relier aux variations d'abondance de H3+. Les avancées dans les deux domaines permettent de quantifier l'apport énergétique du déferlement d'ondes de gravité d'une part, et des précipitations aurorales d'autre part, au bilan thermique des thermosphères des planètes géantes.

Depuis la découverte de la première planète orbitant une étoile de la séquence principale autre que le Soleil en 1995, ce champ de recherche a connu une croissance vertigineuse, tant au niveau des observations, que des modèles théoriques développés en parallèle. Même si la formation et l’évolution des systèmes planétaires restent encore mal comprises dans leur globalité, Il est à peu près certain que les planètes se forment dans des disques protoplanétaires et interagissent avec ces derniers durant la phase primordiale de leur évolution. Cette thèse s’attache à décrire certains aspects de ces interactions. Parmi les problèmes soulevés par les nombreuses observations d’exoplanètes, on peut citer l’existence des Jupiter chaudes, géantes gazeuses dont la révolution autour de leur étoile s’effectue en quelques jours à peine. Il est communément admis qu’elles se sont formées dans les parties externes du disque, pour ensuite migrer vers l’intérieur. Cependant , les processus de migration restent encore débattus. On pourra aussi noter qu’un nombre important de planètes détectées, notamment par la méthode des vitesses radiales, présentent de fortes excentricités. Cette observation contraste avec celle de notre propre Système Solaire, où les planètes géantes ont des orbites quasi-circulaires. Cette distribution d’excentricités témoigne probablement d’une certaine richesse dans les interactions dynamiques entre les planètes d’un même système. Un autre résultat majeur des quelques dernières années est l’observation de planètes à faible période orbitale dont l’orbite n’est pas alignée avec l’axe de rotation de leur étoile. Cette observation pourrait potentiellement remettre en question l’idée selon laquelle ces planètes acquièrent leur faible période par le biais de la migration au sein du disque. Par conséquent, il est important de pouvoir différencier quelles sont les caractéristiques observationelles des exoplanètes qui sont le fruit de leurs interactions mutuelles, et celles qui peuvent être expliquées lors de la phase d’interaction avec le disque protoplanétaire. D’une part, cela permet d’imposer des contraintes sur la physique des disques protoplanétaires. D’autre part, il est intéressant de savoir à quoi ressemble le système de planètes une fois que le disque se dissipe, et à quelles conditions intiales peut-on s’attendre lorsque les planètes commencent à interagir entre elles sans la présence du disque. Par exemple, est-il possible pour une ou des planètes d’acquérir de l’excentricité et de l’inclinaison au sein du disque, et de les maintenir par la suite. De plus, il est certain que le disque domine l’évolution des planètes au stage primordial de leur vie, mais jusqu’à quel point cela limite-t-il les interactions entre les planètes ? / Since the discovery of the first planet orbiting a main-sequence star outside the solar system in 1995, the field of exoplanet studies has grown rapidly, both from the observational and theoretical sides. Despite the fact that we are still lacking a global picture for the formation and evolution of planetary systems, it is now commonly accepted that planets form in protoplanetary discs and interact with them in the early stages of their evolution. This thesis aims at studying some of these interactions. The observations of extrasolar planets have brought several puzzling results to the attention of the community. One of them is the existence of hot Jupiters, giant gaseous planets which orbit their parent star with a period of a few days only. The commonly accepted scenario is that they formed in the outer parts of the disc and migrated inward. Furthermore, a significant number of planets detected so far, especially by the method of radial velocities, have high eccentricities. This is in contrast with our own solar system where giant planets have quasi-circular orbits. Such a distribution of eccentricities may be the signature of strong dynamical interactions between the different components of a same planetary system. Finally, there are short-period planets whose orbits is misaligned with the axis of rotation of their host star, which could possibly argue against the smooth migration of planets in their disc. Therefore, it is important to disentangle between the orbital characteristics that planets acquired through mutual dynamical interactions, and the ones they acquired when they interacted with the disc. Firstly, it gives constraints on the physical parameters of protoplanetary discs. Secondly, it is interesting to know the properties of the system of planets after the disc has dissipated, and what sort of initial conditions one can expect when planets start to interact freely one with each other. For instance, one can ask if it is possible for planets to reach large eccentricities and inclinations when the disc was still present, and whether they could maintain them or not.

Cette thèse a été développée dans le cadre d’une cotutelle entre la Pontificia Universidad Católica de Chile et l’Université Pierre et Marie Curie. Je décris les tests effectués sur deux kits d’occultation, chacun constitué d’une caméra rapide, d’un système de datation et d’un logiciel d’enregistrement. En plus, j’ai observé plusieurs occultations stellaires par des objet transneptuniens et des centaures, y compris celle qui a mené à la découverte des anneaux de Chariklo. J’utilise des occultations stellaires pour obtenir les paramètres physiques de trois objets. Pour 2007 UK126 , je déduis la densité la plus probable en analysant les ajustements elliptiques du limbe sur une occultation stellaire. Pour 2003 AZ84 , en analysant deux occultations stellaires, je limite la densité et l’orientation de l’objet. Pour le centaure Chariklo, j’adopte une approche statistique bayésienne pour analyser cinq occultations stellaires et je déduis une forme ellipsoïdale de demi-axes a=148 km, b=132 km et c=102 km, avec des irrégularités topographiques de ∼6 km, comparables à celles de satellites de Saturne de taille et densité similaires. L’albédo géométrique du Chariklo est de 3.7% et la réflectivité de l’anneau est de 4.9%. En fin, j’étudie les résonances de type Lindblad entre le moyen mouvement des particules de l’anneau et la rotation d’un corps irrégulier. L’excès de masse en provenance d’un corps sphérique exerce des moments forts sur un disque collisionnel, et repousse le matériau situé au niveau du rayon de la corotation jusqu’à la résonance la plus externe. Pour Chariklo, les courtes échelles de temps (< 10 5 ans) expliquent l’emplacement actuel de ses anneaux. / This thesis has been developed in a co-supervision between the Pontificia Universidad Católica de Chile and the Université Pierre et Marie Curie.First, I describe tests performed on two occultation kits, each consisting in a fast camera, a time registration system and an acquisition software. Additionally, observed several stellar occultations by TNOs and Centaurs, including the one that lead to the discovery of Chariklo's rings.Then, I study the physical characterization of three object with the analysis of stellar occultations. For 2007 UK126 I derive the more probable density analyzing elliptical fits to a multichord occultation. For the plutino 2003 AZ84, I constrain its density and orientation analyzing two stellar occultations. For the Centaur object Chariklo I adopt a Bayesian-MCMC approach to analyze five stellar occultations and derive a elliptical shape with a=148 km, b=132 km and c=102 km with topographic features of ~6 km, comparable to those of Saturnian icy satellites with similar size and density. The body geometric albedo is 3.7±0.1% and a its ring reflectivity 4.9±0.3%.Finally, I consider Lindblad resonances between the mean motions of ring particles and the rotation of an irregular body. Mass excess departing from a spherical body exert strong torques on a collisional disk that clear the material from the corotation radius up to the outermost resonance.For Chariklo, the very short clearing timescales (<105 years) explains the current location of its rings.

Cette thèse porte sur l'étude des atmosphères de Titan et de la Terre primitive avec des modèles de circulation générale (GCM). Tout d'abord, j'ai analysé la structure thermique et la dynamique de la basse troposphère de Titan. Cette étude a abouti à une caractérisation complète de la couche limite et a révélé l'existence d'une circulation de couche limite, qui impacte tous les aspects de la météorologie titanienne (régimes de vents, ondes, formation des dunes et des nuages, échanges de moment cinétique et superrotation). A partir de cette analyse, j'ai proposé une nouvelle hypothèse pour expliquer l'orientation vers l'est des dunes de Titan grâce à un couplage entre les orages tropicaux et la superrotation. Ceci a été validé par des simulations méso-échelles et a permis de proposer un schéma global expliquant la formation des dunes et leurs différentes caractéristiques. J'ai ensuite participé au développement d'un GCM générique, conçu pour étudier tout type d'atmosphère. Je l'ai appliqué aux paléoclimats de Titan pour simuler une période où l'atmosphère a pu être dépourvue de méthane. Dans ce cas, le climat devait être différent d'aujourd'hui avec potentiellement des conséquences géologiques fondamentales notamment pour l'érosion et l'âge de la surface. Finalement, j'ai appliqué ce GCM générique au cas de la Terre primitive. J'ai montré que, malgré un soleil moins lumineux qu'aujourd'hui et des quantités de gaz à effet de serre contraintes par les archives minéralogiques, le climat de la Terre Archéenne a pu être tempérée. En particulier, grâce à une rétro-action nuageuse, la Terre aurait pu éviter une glaciation globale et rester propice au développement de la vie. / This thesis focuses on the study of the atmospheres of Titan and the early Earth with Global Climate Models (GCM). First, I analysed the thermal structure and the dynamics of Titan's lower troposphere. This analysis allowed a full caracterization of the planetary boundary layer and revealed the existence of a boundary layer circulation which impacts every aspect of Titan's weather (wind patterns, atmospheric waves, dune and cloud formation, exchange of momentum with the surface, and development of the superrotation). Thanks to this study, I proposed a new hypothesis to explain the eastward orientation of Titan's dunes that implies a coupling between tropical storms and the superrotation. This has been validated with mesoscale simulations and provided a general framework to explain Titan's dune formation and features. Then, I participated to the development of a generic GCM, designed to study any kind of atmosphere. I applied it to Titan's paleoclimates, when the atmosphere was depleted of methane. In such a case, the climate should have been different from today, with potentially fundamental geological consequences, in particular for the erosion and the age of the surface. Finally, I applied this GCM to the case of the early Earth using greenhouse gas abundances constrained by mineralogical data. I showed that despite a weaker solar insolation, the Archean Earth's climate may have been temperate. In particular, the Earth may have avoided a full glaciation and remained suitable for the development of life thanks to cloud feedback, even assuming a amount of CO2 just a little larger than today.

Les éphémérides planétaires jouent un rôle important pour la navigation des missions spatiales actuelles et la mise en place des missions futures ainsi que la réduction et l'analyse des observations astronomiques les plus précises. Les éphémérides planétaires actuelles (DE, INPOP, EPM)L'objectif de la thèse est d'utiliser des archives de données de missions spatiales passées et présentes et de fournir des outils d'analyse pour l'amélioration de l'éphéméride de données pour l'amélioration de l’éphéméride planétaire planétaire INPOP, ainsi que pour une meilleure utilisation des éphémérides pour effectuer des teste de la physique tels que la relativité générale, les études de la couronne solaire [...] / The planetary ephemerides play a crucial role for spacecraft navigation, mission planning, reductionand analysis of the most precise astronomical observations. The construction of suchephemerides is highly constrained by the tracking observations, in particular range, of the spaceprobes collected by the tracking stations on the Earth. The present planetary ephemerides (DE,INPOP, EPM) are mainly based on such observations. However, the data used by the planetaryephemerides are not the direct raw tracking data, but measurements deduced after the analysisof raw data made by the space agencies and the access to such processed measurements remainsdifficult in terms of availability.The goal of the thesis is to use archives of past and present space missions data independentlyfrom the space agencies, and to provide data analysis tools for the improvement of theplanetary ephemerides INPOP, as well as to use improved ephemerides to perform tests ofphysics such as general relativity, solar corona studies, etc.The first part of the study deals with the analysis of the Mars Global Surveyor (MGS)tracking data as an academic case for understanding. The CNES orbit determination softwareGINS was used for such analysis. The tracking observations containing one-, two-, and threewayDoppler and two-way range are then used to reconstruct MGS orbit precisely and obtainedresults are consistent with those published in the literature. As a supplementary exploitationof MGS, we derived the solar corona model and estimated the average electron density alongthe line of sight separately for slow and fast wind regions. Estimated electron densities arecomparable with the one found in the literature. Fitting the planetary ephemerides, includingadditional data which were corrected for the solar corona perturbations, noticeably improves theextrapolation capability of the planetary ephemerides and the estimation of the asteroid masses(Verma et al., 2013a).The second part of the thesis deals with the complete analysis of the MESSENGER trackingdata. This analysis improved the Mercury ephemeris up to two order of magnitude comparedto any latest ephemerides. Such high precision ephemeris, INPOP13a, is then used to performgeneral relativity tests of PPN-formalism.[...]

Ce mémoire présente le développement d'une transmission à variation continue pour les articulations robotiques. Le domaine de la robotique pourrait considérablement augmenter l'efficacité et la performance de ces systèmes en intégrant de nouveaux types de transmission au niveau de ses actionneius. En effet, les transmissions à ratio variables sont utilisées dans une multitude de domaines (transport, production d'énergie etc.) et permettent d'obtenir une plus grande polyvalence en gérant adéquatement la source de puissance disponible. Dans le cadre de ce projet, la transmission développée est principalement basée sur un mécanisme à cinq barres. Dans un premier temps, l'analyse cinématique et l'optimisation des dimensions du mécanisme sont exposées. Grâce à cette optimisation, un comportement performant et uniforme est atteint. En second lieu, une étude comparative avec un autre concept potentiel de transmission est présenté. Cette étude permet de démystifier le potentiel des train épicycloïdaux à double actionnement. Finalement, un prototype du mécanisme a été conçu et fabriqué. Ainsi, un chapitre est consacré aux composantes et aux méthodes de commande nécessaires au bon fonctionnement du prototype. Cette section inclut aussi une validation expérimentale du comportement espéré de la transmission et des essais expérimentaux qui permettent d'estimer l'efficacité effective du prototype fabriqué.

L'aéronomie est un sujet de recherche interdisciplinaire dont le but est la compréhension des relations entre les atmosphères de la Terre ou des autres planètes et les précipitations de particules depuis l'espace.<br />Dans une première partie, j'ai modifié les codes de type Trans* pour étudier les ions doublement chargés dans la haute atmosphère de Vénus. Dans cette optique, j'ai utilisé les plus grandes énergies des études standard des hautes atmosphères. Ce travail a permis d'améliorer la connaissance des émissions ionosphériques et thermosphériques de Vénus (et de Mars), et pose le problème des mécanismes de création de la raie verte de l'oxygène dans les atmosphères riches en CO2.<br />Dans une seconde partie, j'ai étudié les précipitations d'électrons le long des lignes de champ magnétiques drapées dans l'atmosphère de Titan, donnant ainsi une nouvelle approche à l'étude de la précipitation de particules dans sa mésosphère.<br />Dans une dernière partie, j'ai utilisé le code Planetocosmic pour calculer l'impact des rayons cosmiques dans l'atmosphère de Titan. De plus, une partie sur la précipitation de protons a été ajoutée, de manière à calculer l'ionisation totale dans l'atmosphère (depuis l'ionisation par les électrons et les photons dans la haute atmosphère, à celle induite par les rayons cosmiques dans la basse atmosphère). Ces productions sont utilisées comme entrées pour des modèles dont le but de comprendre l'ensemble des processus physico-chimiques dans l'atmosphère de Titan.<br />Le travail effectué au cours de cette thèse a permis quelques comparaisons avec les missions Mars Express, Vénus Express et Cassini-Huygens.

La Terre et Titan, plus grand satellite de Saturne, présentent des similarités atmosphériques importantes. Tous deux ont une atmosphère dense d'une pression de l'ordre du bar à leur surface, composée majoritairement d'azote. Une différence majeure de composition atmosphérique les distingue. Le second composé majoritaire est l'oxygène sur la Terre, le méthane sur Titan. L'atmosphère terrestre est par conséquent une atmosphère aux propriétés oxydantes alors que l'atmosphère de Titan est à tendance réductrice. Cette propriété entraîne des schémas d'évolution par photochimie radicalement différents pour les composés organiques volatiles présents dans ces deux atmosphères : une lyse oxydante des squelettes carbonés dans l'atmosphère terrestre, et une croissance organique efficace dans l'atmosphère de Titan. Sur Titan la croissance organique conduit à la formation de particules solides en suspension, créant un brouillard organique qui enveloppe l'ensemble du satellite naturel et qui constitue un matériau chimique complexe d'intérêt prébiotique. Je m'intéresse particulièrement à l'influence des espèces ionisées sur cette croissance organique et envisage de l'étudier dans le cas de la complexification chimique de l'atmosphère terrestre primitive.

La planète Mars a connu une période où l'eau liquide était durablement stable. Outre les vestiges morphologiques d'une activité hydrologique en surface, l'interaction chimique de l'eau avec la croûte basaltique s'est traduite par la formation d'argiles et de sels hydratés en surface et en profondeur. Ces minéraux hydratés ont été détectés à la surface de Mars en 2004 grâce à l'instrument OMEGA, l'imageur hyperspectral infrarouge proche embarqué sur la sonde européenne Mars Express. Leur étude permet de reconstruire l'histoire de l'activité aqueuse sur Mars et de caractériser une période ancienne où l'environnement a pu être favorable à l'apparition d'une chimie pré-biotique. Ce travail de thèse s'intéresse aux environnements aqueux de Mars en couplant les données minéralogiques des imageurs hyperspectraux embarqués OMEGA/Mars Express et CRISM/Mars Reconnaissance Orbiter avec la morphologie. De nouveaux outils de traitement et d'analyse des données sont développés et ont permis la détection et la caractérisation spectrale de plus d'un millier de dépôts de minéraux hydratés sur Mars, fournissant une vue d'ensemble de l'altération. Celle-ci a eu lieu principalement dans la première partie du Noachien et a surtout formé des phyllosilicates ferro-magnésiens de la famille des vermiculites et smectites. Une importante diversité minérale est par ailleurs constatée avec une dizaine de familles minérales différentes, traçants des conditions géo-chimiques variées. Placés dans leur contexte géologique, certaines détections permettent de proposer l'existence passée d'un système hydrologique sur l'ensemble de la planète qui a donné naissance à un cycle des argiles similaire au cycle terrestre. Il apparait par ailleurs que les cratères d'impact sont le contexte privilégié des minéraux hydratés, mais le lien entre ces derniers et les processus d'impact demeure ambigu. La découverte d'un cycle des argiles est compatible avec l'hypothèse d'une planète potentiellement habitable au Noachien mais qui devra être vérifiée par l'exploration in-situ.

Cette thèse porte sur l'étude des atmosphères de Titan et de la Terre primitive avec des modèles de circulation générale (GCM). Tout d'abord, j'ai analysé la structure thermique et la dynamique de la basse troposphère de Titan. Cette étude a abouti à une caractérisation complète de la couche limite et a révélé l'existence d'une circulation de couche limite, qui impacte tous les aspects de la météorologie titanienne (régimes de vents, ondes, formation des dunes et des nuages, échanges de moment cinétique et superrotation). A partir de cette analyse, j'ai proposé une nouvelle hypothèse pour expliquer l'orientation vers l'est des dunes de Titan grâce à un couplage entre les orages tropicaux et la superrotation. Ceci a été validé par des simulations méso-échelles et a permis de proposer un schéma global expliquant la formation des dunes et leurs différentes caractéristiques. J'ai ensuite participé au développement d'un GCM générique, conçu pour étudier tout type d'atmosphère. Je l'ai appliqué aux paléoclimats de Titan pour simuler une période où l'atmosphère a pu être dépourvue de méthane. Dans ce cas, le climat devait être différent d'aujourd'hui avec potentiellement des conséquences géologiques fondamentales notamment pour l'érosion et l'âge de la surface. Finalement, j'ai appliqué ce GCM générique au cas de la Terre primitive. J'ai montré que, malgré un soleil moins lumineux qu'aujourd'hui et des quantités de gaz à effet de serre contraintes par les archives minéralogiques, le climat de la Terre Archéenne a pu être tempérée. En particulier, grâce à une rétro-action nuageuse, la Terre aurait pu éviter une glaciation globale et rester propice au développement de la vie.