L'analyse de la surface par des moyens spatiaux des objets du Système Solaire permet de remonter aux processus géologiques, géochimiques et climatiques qui s'y sont déroulés. La microscopie hyperspectrale dans le proche infrarouge, de par sa faculté à analyser la composition moléculaire et minéralogique d'un échantillon à l'échelle des grains, est une technique novatrice dans le cadre de la planétologie, amenée à compléter les mesures effectuées depuis l'orbite et celles des autres instruments d'analyse in situ. Les développements techniques récents liés aux détecteurs matriciels dans le proche infrarouge, aux machines cryogéniques de dimension et masse réduites, ainsi qu'aux systèmes dispersifs nous donnent désormais la capacité de développer des microscopes hyperspectraux compatibles en termes de masse, volume, puissance et télémétrie avec les contraintes fortes liées à un atterrisseur/rover. Le concept développé a ainsi donné naissance à l'instrument MicrOmega, sélectionné pour faire partie de la charge utile Pasteur du rover ExoMars de l'ESA. Mon travail de thèse s'est tout d'abord fixé pour objectif d'étudier l'extension de la gamme spectrale de l'instrument vers l'infrarouge au-delà de 2.5 µm afin d'identifier et de caractériser d'éventuels composés carbonés ; j'ai procédé à l'analyse des conséquences de cette extension sur la conception de l'instrument. Les résultats de ces études ont permis de faire évoluer le design et les spécifications de l'instrument MicrOmega pour ExoMars. Mon implication dans la préparation de cette mission m'ont conduit à développer des algorithmes de détection automatiques de composés spécifiques au sein d'un échantillon, de manière à coupler les mesures de MicrOmega avec celles du spectromètre RAMAN RLS et du laser à désorption de MOMA, permettant ainsi d'accroître la synergie entre les instruments de la charge utile.Au cours de ma thèse, le décalage du lancement de la mission Phobos Grunt a permis de proposer d'y adjoindre un modèle de MicrOmega ; j'ai ainsi pu participer à l'ensemble des phases de développement d'un modèle de vol de MicrOmega, de sa conception initiale à l'étalonnage final. Suite à ce développement, une autre mission d'opportunité est apparue, à laquelle j'ai également été associé : l'instrument MicrOmega a été sélectionné pour la mission Hayabusa-2, destinée à l'analyse in situ d'un astéroïde-C.

Le travail qui est présenté dans ce mémoire aborde différents aspects de la différenciation planétaire et particulièrement les processus pouvant se produire lors de la formation d'un noyau au centre d'une planète. Il traite également de l'évolution de matériaux chondritiques avec la pression, la température et les conditions d'oxydoréduction, les chondrites représentant une classe de météorites communément proposées comme matériaux constructeurs possibles des planètes telluriques de notre système solaire. Durant mon travail de thèse, j'ai étudié la minéralogie du manteau inférieur de la Terre ainsi que les interactions entre métal et silicates pouvant se produire très en profondeur jusqu'à la frontière noyau-manteau. Les principales techniques utilisées au cours de ce travail furent la cellule à enclume de diamants pour élaborer les échantillons à hautes pressions et hautes températures et la microscopie électronique analytique en transmission (MET) pour extraire les informations chimiques et cristallographiques de ces échantillons. L'étude des météorites a débuté après ma thèse grâce à la caractérisation minéralogique fine de trois météorites martiennes par MET. Une fois en poste à Marne la Vallée, j'ai pu continuer à explorer les phénomènes liés à la formation de noyaux planétaires en débutant des études à plus basse pression centrées sur l'incorporation de plusieurs éléments légers (Si, O et S dans un premier temps, puis C dans un second temps) dans le métal au cours de la ségrégation. J'ai co-encadré, avec François Guyot, la thèse de Julien Siebert sur cette thématique pendant laquelle nous avons été en mesure de démontrer la miscibilité du système Fe-S-Si à partir de 15 GPa et 2000°C. A travers à ce travail, j'ai appris à utiliser deux nouvelles techniques expérimentales : les presses multi-enclumes et piston-cylindre. Pour finir, le soufre s'est révélé être un élément de première importance dans de tels systèmes avec la formation dans nos échantillons de monosulfures de type ningérite MgS ou oldhamite CaS, deux phases bien connues dans les météorites à enstatite. Une étude détaillant les mécanismes de formation de ces phases CaS-MgS-FeS a débuté au cours de mon séjour au Lunar and Planetary Institute de Houston. Les matériaux constructeurs de la Terre, de Mars et de Mercure restent encore un sujet débattu. Il m'a ainsi semblé essentiel de comprendre l'évolution chimique, minéralogique et texturale de matériaux chondritiques (synthétiques puis naturels) oxydés et réduits soumis à différentes conditions de pression et de température. En effet, tous ces paramètres physiques évoluent avec la taille du corps parent et l'intensité des bombardements des planétésimaux tout au long de la différenciation planétaire. La thèse de Sophie Berthet que je co-encadre avec Kevin Righter a pour but de comprendre le métamorphisme d'une chondrite à enstatite.

Les comètes nous renseignent sur les conditions physico-chimiques du Système Solaire en formation. Leur observation en interférométrie millimétrique permet de cartographier l'émission des molécules dans la coma interne et d'étudier la morphologie du dégazage depuis le noyau. Des données de qualité unique ont été obtenues sur la comète C/1995 O1 (Hale-Bopp) avec l'interféromètre du Plateau de Bure de l'IRAM. Au cours de ma thèse j'ai analysé les données concernant H2S, SO, CS et CO. Mes travaux montrent que les molécules H2S et CO proviennent du noyau. La distribution radiale de l'emission de CS est compatible avec une source légèrement étendue, en accord avec sa production par la photolyse de CS2. Le taux de photodissociation de CS est mesuré. La distribution radiale de SO est plus étendue que si ce radical était créé uniquement par la photodissociation de SO2. Cela suggère la présence dans la coma d'une autre source de SO ou d'une source étendue de SO2. Les observations indiquent que H2S est libéré de manière quasi isotrope à la surface du noyau. CS et SO sont présents dans un jet à haute latitude sur le noyau. Le jet de CO proche de l'équateur résulte d'une inhomogénéité de production à la surface et non d'une structure de choc liée à la forme et à la topographie du noyau, comme le montrent les simulations réalisées à partir des résultats d'un modèle hydrodynamique de coma. Nous interprétons les différences entre les profils de dégazage des différentes espèces comme une conséquence de l'inhomogénéité de composition du noyau. Les outils et les méthodes développés seront utiles pour préparer et analyser les futures observations de comètes en interférométrie millimétrique.

Une caractéristique unique de l'environnement spatial de Mercure est le fort couplage qui existe entre la surface, l'exosphère, la magnétosphère et le vent solaire. Ce système peut être étudié par des méthodes de télédétection embarquées sur les missions spatiales telles que Mariner 10, MESSENGER et bientôt BepiColombo, ainsi que par les observatoires au sol. L'exosphère de Mercure est un milieu complexe avec seulement quelques espèces détectées jusqu'ici, dont l'hydrogène atomique H. H a seulement été détecté une fois par la sonde Mariner 10 en 1974-1975 et représente un traceur de l'interaction entre le vent solaire et la planète Mercure. L'instrument PHEBUS 'a bord de la mission ESA/JAXA BepiColombo vers Mercure est un spectromètre double canal EUV-FUV capable de détecter les émissions les plus faibles, comme H I Lyman-α 'a 121.6 nm. La première partie de cette thèse se concentre sur la modélisation radiométrique et la simulation des performances de PHEBUS. Pour préparer la calibration spectrale en vol et pendant la phase orbitale, un ensemble d'étoiles de référence est déterminé et évalué pour tirer partie au mieux de la résolution et du domaine spectral du détecteur. Des prévisions sur la possibilité de détection des raies d'émission exosphériques sont également données (science performance). Comme PHEBUS est basé sur SPICAV, le spectromètre UV de Venus Express, des techniques semblables de calibration spectrale peuvent être utilisées. Une étude des occultations stellaire de SPICAV est réalisée dans la deuxième partie de cette thèse. Les spectres des étoiles sont extraits, analysés et convolués avec la fonction instrumentale en vue de préparer les futures observations de PHEBUS. Les résultats sont disponibles dans la base de données de calibration du groupe de travail 'a l'ISSI Cross-calibration of past FUV experiments . En parallèle aux nouveaux instruments de grande sensibilité et à haute résolution spectrale, comme PHEBUS, le développement de simulations numériques est nécessaire 'a la compréhension de l'exosphère de Mercure. La troisième partie de cette thèse présente le modèle SPERO, premier modèle auto-cohérent 3D Monte Carlo dédié 'a l'hydrogène exosphérique de Mercure, prenant en compte toutes les sources et les pertes, tels que la désorption thermique, la photoionisation ou la pression de radiation solaire. La désorption thermique est par hypothèse la source dominante d'hydrogène exosphérique. La densité surfacique ainsi que les densités, températures et vitesses exosphériques sont calculées jusqu'à 8 rayons mercuriens. Une étude de sensibilité est effectuée en se basant sur les incertitudes dans les mécanismes de source et de perte, donnant lieu à des asymétries jour/nuit en densité et en température. En utilisant les densités calculées dans un modèle de transfert radiatif, il est possible de comparer les sorties de SPERO avec les données d'émission Lyman-α de Mariner 10, et d'anticiper le retour de données hydrogène grâce 'a l'instrument MASCS embarqué sur la mission MESSENGER de la NASA.

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.

Le 14 juillet 2015, la sonde New Horizons a survolé Pluton et a révélé un monde glacé débordant d’activité. Pour interpréter les observations, nous avons développé deux modèles numériques, l’un simulant les interactions surface-atmosphère des espèces volatiles sur des milliers d’années, l’autre dédié au climat 3D complet de Pluton. Avec ces modèles, nous analysons les cycles annuels et paléoclimatiques des glaces. Nos simulations reproduisent la distribution des espèces volatiles observées à la surface de Pluton, ainsi que leur abondance dans l’atmosphère. Nous montrons que l’insolation sur Pluton et la nature de son atmosphère favorisent la condensation d’azote au fond du bassin Sputnik Planitia, comme observé. Nous simulons, sur des échelles de millions d’années, des écoulements glaciaires de la calotte de glace dans Sputnik Planitia, ainsi que la formation de glaciers de méthane à l’équateur, des résultats très cohérents avec les observations. Nous nous intéressons ensuite à l’état de l’atmosphère de Pluton en 2015 avec le modèle 3D, caractérisant les régimes de vents, formation des nuages, températures, etc.... Nos derniers résultats mettent en évidence la sensibilité de la circulation générale à la distribution de la glace d’azote à la surface et suggèrent une rétro-rotation dans l’atmosphère de Pluton, induite par les flux de condensation-sublimation de l’azote dans Sputnik Planitia. Nous montrons également que plusieurs phénomènes sont à l’origine de la couche limite froide observée dans Sputnik Planitia. Enfin, en reproduisant les processus qui mènent à la formation de la brume organique, nous parvenons à expliquer l’extension de la brume observée au pôle nord. / On July 14, 2015, the New Horizons spacecraft flew by Pluto and revealed an active frozen world.These observations call upon modelling efforts to complete their analysis and understand the mechanisms at play on Pluto. For this purpose, we have developed two numerical models of Pluto’s climate: a 2D model dedicated to the study of Pluto’s surface and a 3D model of Pluto’s atmosphere. We analyse the annual and paleoclimatic volatile cycles. Our simulations reproduce the distribution of the volatile observed on Pluto’s surface and their abundance in the atmosphere. We show that the solar insolation on Pluto and the nature of its atmosphere favour the condensation of nitrogen in the Sputnik Planitia basin, as observed. We simulate the glacial activity of the Sputnik Planitia ice cap on a timescale of millions of years, as well as the formation of methane glaciers at the equator. Our results are in agreement with the observations. We then focus on Pluto’s atmosphere in 2015 with the full 3D model where we performed a comprehensive characterization of the atmosphere: wind regimes, cloud formation, temperatures etc. ...We demonstrate the sensitivity of the general circulation to the distribution of the nitrogen ice on the surface and show that Pluto’s atmosphere currently undergoes retrograde rotation, induced by the condensation-sublimation of nitrogen in Sputnik Planitia. We also show that several phenomena originate at the cold boundary layer observed deep in Sputnik Planitia. Finally, by reproducing the processes that lead to the formation of organic haze, we simulate haze transport in the atmosphere and explain the greater extension of the haze observed at the north pole.

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.

Vénus, bien que de taille et de masse très similaire à la Terre, se révèle en fait un monde infernaloù la température de surface atteint 700 K et la pression s’élève à 92 bars. De plus, l’atmosphèreest principalement composée de dioxyde de carbone (à plus de 90 %). Bien que le corps solide aitune période de rotation très lente et rétrograde, l’atmosphère est elle en superrotation avec unepériode de quatre jours environ au sommet des nuages, avec des vents zonaux pouvant atteindre100 m/s. Observée dans le visible, Vénus ne laisse pas voir sa surface, cachée sous d’épais nuagesd’acide sulfurique qui couvrent en permanence l’intégralité de la planète. Ces nuages jouent unrôle très important dans l’atmosphère vénusienne car ils sont fondamentaux dans le bilan radiatifde la planète de par leur opacité et leur albédo élevé mais aussi dans les cycles chimiques denombreuses espèces, notamment celui du soufre.Arrivée en orbite en avril 2006, la mission européenne Venus Express avait pour objectif d’étudieren détail l’atmosphère de la planète. Parmi ses instruments se trouvait le spectromètre SPICAVdont le canal infrarouge permettait de mesurer le degré de polarisation linéaire de la lumièrediffusée par les nuages. Cette thèse vise à l’exploitation de données acquises par SPICAV-IR quia fonctionné jusqu’à la fin de la mission Venus Express en 2014. Nous présentons la planète Vénuset plus particulièrement les propriétés des nuages qui l’entourent. Nous nous intéresseronsà la polarisation produite par la diffusion de la lumière dans les nuages avant d’expliquer commentSPICAV-IR la mesure. Nous présentons notre modèle de transfert de rayonnement prenanten compte la polarisation et nous analyserons les gloires observées par SPICAV-IR afin de caractériserles propriétés des nuages. Enfin, nous nous intéresserons à la variabilité spatiale des brumessituées au dessus des nuages. / Venus is quite similar to Earth in terms of mass and radius, but it appears to be a hellish planetwith surface temperature reaching 700 K and pressions up to 92 bars. The atmosphere is mostlycomposed of carbon dioxyde and despite a slow retrograde rotating solid body, the atmosphereis in superrotation with a period of about four days and zonal winds reaching 100 m/s at cloudtop level. In visible light, the surface is always hidden by thick decks of clouds mostly madeof sulfuric acid. These clouds are very important in venusian climate as they play a key role inthe radiative balance of the planet because of their opacity and their high albedo and also in thechemical cycles of sulfur especially.In orbit since 2006, the European space agency’s probe Venus Express had the objective tostudy the atmosphere and clouds of Venus. Amongst its instruments was the SPICAV spectrometerwhich infrared channel had the ability to measure the degree of linear polarisation fromthe light scattered by the clouds. This thesis aims to study these observations acquired by SPICAVIRuntil the end of the mission in 2014.We will introduce the planet Venus with a particular focuson the cloud layers. We will then cover the principles of the polarisation of light through scatteringby cloud particles before we introduce the measurement of polarization by our instrument.We also introduce the radiative transfer model taking into account polarization and apply it tothe observations of a phenomenon called glory which allows to characterize the properties of thecloud droplets. We will then invesigate the variability of the haze layers lying above the maincloud deck.

L’analyse de la surface par des moyens spatiaux des objets du Système Solaire permet de remonter aux processus géologiques, géochimiques et climatiques qui s’y sont déroulés. La microscopie hyperspectrale dans le proche infrarouge, de par sa faculté à analyser la composition moléculaire et minéralogique d’un échantillon à l’échelle des grains, est une technique novatrice dans le cadre de la planétologie, amenée à compléter les mesures effectuées depuis l’orbite et celles des autres instruments d'analyse in situ. Les développements techniques récents liés aux détecteurs matriciels dans le proche infrarouge, aux machines cryogéniques de dimension et masse réduites, ainsi qu’aux systèmes dispersifs nous donnent désormais la capacité de développer des microscopes hyperspectraux compatibles en termes de masse, volume, puissance et télémétrie avec les contraintes fortes liées à un atterrisseur/rover. Le concept développé a ainsi donné naissance à l’instrument MicrOmega, sélectionné pour faire partie de la charge utile Pasteur du rover ExoMars de l'ESA. Mon travail de thèse s'est tout d'abord fixé pour objectif d'étudier l'extension de la gamme spectrale de l'instrument vers l'infrarouge au-delà de 2.5 µm afin d'identifier et de caractériser d'éventuels composés carbonés ; j'ai procédé à l'analyse des conséquences de cette extension sur la conception de l'instrument. Les résultats de ces études ont permis de faire évoluer le design et les spécifications de l'instrument MicrOmega pour ExoMars. Mon implication dans la préparation de cette mission m'ont conduit à développer des algorithmes de détection automatiques de composés spécifiques au sein d'un échantillon, de manière à coupler les mesures de MicrOmega avec celles du spectromètre RAMAN RLS et du laser à désorption de MOMA, permettant ainsi d'accroître la synergie entre les instruments de la charge utile.Au cours de ma thèse, le décalage du lancement de la mission Phobos Grunt a permis de proposer d'y adjoindre un modèle de MicrOmega ; j'ai ainsi pu participer à l'ensemble des phases de développement d'un modèle de vol de MicrOmega, de sa conception initiale à l'étalonnage final. Suite à ce développement, une autre mission d'opportunité est apparue, à laquelle j'ai également été associé : l'instrument MicrOmega a été sélectionné pour la mission Hayabusa-2, destinée à l'analyse in situ d'un astéroïde-C. / The characterization of the surface of planetary objects, through space observations, gives key clues to the past and present geological, geochemical and climate processes. Near-infrared hyperspectral microscopy, through its capability to identify the molecular and mineralogical composition of a sample at its grain size, is an innovative technique that will efficiently complement both remote sensing and in situ measurements. Recent technical achievements in near-infrared detectors, space cryo-coolers and dispersive systems, has enabled us to design MicrOmega, a highly miniaturized near-infrared hyperspectral microscope, to be implemented on landers/rovers: it has been selected within the Pasteur payload of the ESA ExoMars rover, with launch scheduled for 2018.My thesis activity started with the study of the extension of the spectral range beyond 2.5 µm, driven by the goal of identifying and characterizing potential organic compounds, and with the analysis of the impact on the instrument design of such an extension. The outcomes were used to set the MicrOmega / ExoMars instrument baseline. My involvement in this program included the development of algorithms enabling, in an automated way, the identification and the location, within the analyzed samples, of compounds with specific composition; it will be used both to limit the amount of information to be downloaded, and to indicate key targets for point analyzers, such as the Raman spectrometer RLS and the laser desorption spectrometer MOMA, thus increasing the synergy between the suite of ExoMars laboratory instruments. During my thesis, the shift of the launch of the Phobos Grunt mission opened the possibility to develop and deliver a flight model of MicrOmega, in less than two years; I thus have been involved in all steps of its development, from its design to its final calibration. As a follow-up, another mission of opportunity emerged, to which I have also been associated: MicrOmega has been selected as part of the Hayabusa-2 mission, which will in situ analyze a C-type asteroid.

L’origine de la matière de la Terre primitive est un important sujet de recherche en planétologie. Cette thèse présente une étude expérimentale de la formation de composés organiques dans l’atmosphère de la Terre primitive en étudiant la réactivité de mélanges gazeux majoritairement composé de N2 et CO2. Ils présentent une importante réactivité se traduisant par la formation de produits gazeux et solides, appelés tholins. La formation de ces produits met en avant l’efficacité de CO2 comme source de carbone pour la croissance organique atmosphérique. L’identification des produits gazeux et l’analyse élémentaire des tholins ont montré qu’ils étaient constitués de C, N, H et O, soulignant un couplage efficace entre la chimie de ces éléments nécessaire à la formation de composés d’intérêts prébiotiques. Ce type d’étude a été appliqué ensuite à Titan qui a une atmophère plus réduite,faite de N2 et CH4, mais contient des traces d’espèces oxygénées, majoriatirement CO. L’ajout de CO au mélange réactif induit également un couplage entre la chimie de l’O et la chimie C, N, H considérée habituellement pour Titan. Enfin je propose et étudie expériemntalement deux phénomènes suseptibles de modifier la composition des aérosols de Titan durant leur sédimentation vers la surface. Premièrement une exposition de tholins aux photons VUV caractéristique de la thermosphère de Titan et qui induit une diminution sélective des fonctions amines en faveurs des fonctions aliphatiques. Deuxièmement une irradiation par des photons UV d’espèces condensées à la surface de tholins et qui induit une réactivité de l’espèce en interaction avec les tholins, modifiant sa composition chimique. / The origin of the organic matter on the early Earth is an important subject of research in planetology. This thesis presents an experimental study of the formation of organic compounds in the atmosphere of the early Earth investigating the reactivity of gaseous mixtures majority made of N2 and CO2. They present an important reactivity highlighted by the formation of gaseous products and solid products called tholins. The formation of these products points out CO2 as an efficiency source of carbon for the organic atmospheric growth. The identification of the gaseous products and the elemental analysis of the tholins showed a composition by C, N, H and O highlighting an efficiency coupling between the chemistry of these elements necessary for the formation of prebiotic compounds. This type of study have been applied then toTitan, which have a more reduced atmosphere, made of N2 and CH4, but, which contained also oxygenated trace species: principally CO. The addition of CO in the reactive medium involves also a coupling between the chemistry of O and the C, N, H chemistry currently considered for Titan. Finally I propose and investigate experimentally two phenomena, which may involve a chemical evolution of the aerosols of Titan during their sedimentation to the surface. First, an exposition of tholins to VUV photons, characteristic of the thermosphere of Titan, involves a selective depletion of amines function in favor of aliphatic functions. Second, an irradiation by UV photons of condensed species at the surface of tholins involves a reactivity of the solid species in interaction with the tholins, changing their chemical composition.