<p> Planetary migration has become one of the most important processes in planet formation since the first discovery of an exoplanet around 51Peg. A decade after the discovery, the total number of exoplanets has increased to about three hundred. Theoretical work has shown that the disk configuration in which planets are formed strongly affects the subsequent migration of planets within them. Disks evolve and their shape transits from flared to fiat. This is thought to arise because of dust settling. We take this effect into account in our models of planet migration in protoplanetary disks that are heated by the radiation of their central stars. In particular we solve the radiative transfer equation for disks by means of the Monte Carlo method, and then consider planetary migration. We focus on planets around very low mass stars (VLMSs). </p> <p> Our calculations reproduce the disk configurations of Chiang & Goldreich (1997). As dust settles, the superheated and inner layer declines toward the mid-plane. At the same time, dust settling causes the temperature of the upper layer to increase and that of the inner layer to decrease. In order to calculate the migration time accurately, we include the gravity of planets, which causes the density around them to be compressed. This results in shadowing (in front of the planet) and illumination (behind the planet) regions. We included disk evolution by taking into account the effect of dust settling. We found that dust settling itself (without planetary gravity) can reduce the migration time by a factor of 8. When we included the gravity of planets, the effect of dust settling is somewhat washed out. This is because the effect of dust settling on migration acts in a similar way to that of planetary gravity. Thus, when the migration time without dust settling is compared to the case of dust settling (including planetary gravity), dust settling can reduce the migration time by a factor of 2. </p> <p> We also found that the migration time of massive planets(> 5MEB) in such low mass disks, for both cases, is comparable to the disk life time ( rv 107 years). This suggests that planets around VLMS do not plunge into the star within a disk lifetime. This finding is consistent with the discovery of the super-Earth (rv 5.5MEB) at 2.6 AU around M dwarf (Beaulieu et al., 2006). For lower mass planets, the migration time is about two orders of magnitude longer than the disk life time. Thus, the long planetary migration around VLMS does not cause any serious time mismatch problem as in the case of classical T Tauri star system. </p> / Thesis / Master of Science (MSc)

Yes / This paper re-examines the long-run relationship between radiative forcing (including emissions of carbon dioxide, sulphur oxides, methane, and solar radiation) and temperatures from a structural time series modeling perspective. We assess whether forcing measures are cointegrated with global temperatures using the structural time series approach.

Les chondrites carbonées (CCs) sont des objets primitifs accrétés lors de la formation du Système Solaire. Composées en grande partie de chondres, de matrice et d’inclusions réfractaires, elles ont enregistré les hétérogénéités chimiques, isotopiques et minéralogiques de la nébuleuse solaire. Contrairement aux autres classes de chondrites, la grande majorité des CCs sont primitives (types pétrologiques 1 à 3). Elles n’ont donc pas subi de métamorphisme important sur leur corps parent. Toutefois, un groupe de CCs, les CKs, montre un métamorphisme thermique intense (types pétrologiques 4 à 6). Ces chondrites sont caractérisées par des matrices recristallisées, des olivines équilibrées à ∼Fa31, un degré d’oxydation important (olivines riches en NiO, rapport métal/magnétite proche de zéro), des teneurs en éléments réfractaires lithophiles intermédiaires aux CVs et aux COs, ou encore des compositions isotopiques en oxygène se situant dans le champ défini par les CVs et les COs. Les CKs ont été peu étudiées jusqu’au début des années 90, car peu nombreuses (seulement 210 classifiées au 6 décembre 2011) et de petite taille (masse médiane ∼33,5g). Leurs compositions isotopiques et chimiques laissent supposer l’existence d’un lien génétique avec les CV3. Les découvertes récentes de nouvelles CKs depuis 1990, et notamment de CK3 par le biais de collectes systématiques au Sahara et en Antarctique, permettent l’étude détaillée de l’évolution métamorphique des CKs, notamment à la transition 3–4. Ce travail a pour but de caractériser les conditions dans lesquelles s’est déroulé cet épisode métamorphique, et grâce à l’observation de plusieurs CK3–4, d’étudier la relation CV-CK. La caractérisation détaillée de l’évolution métamorphique de 19 CKs dont 5 CK3 a permis de confirmer que les différences observées entre les divers composants chondritiques (abondance, minéralogie, texture) des CVs et des CKs peuvent être expliquées par un épisode thermique secondaire de HT-BP (∼300–650°C) en conditions oxydantes (∼NNO). De plus, l’analyse de profils de diffusions dans les chondres des CKs indique des durées de métamorphisme intermédiaires à celles communément invoquées pour du choc (de quelques secondes à quelques jours) et pour la désintégration d’éléments à courte durée de vie (plusieurs millions d’années). Une série d’expériences réalisées en four 1 atmosphère avec contrôle de la fugacité d’oxygène nous a permis de reproduire les textures caractéristiques des CKs et d’obtenir une teneur en fer d’équilibre des olivines des CVs, valeur proche de celle mesurée dans les CKs. Cela semble donc confirmer que les CKs sont des CVs rééquilibrées. Par conséquent, la classification actuelle de ces chondrites en deux groupes distincts devrait être modifiée afin de rendre compte de l’existence de cette série métamorphique CV-CK continue. Nous proposons de considérer le chauffage radiatif comme cause possible du métamorphisme des CKs. Un modèle numérique nous a permis de confirmer que des météoroïdes carbonés avec des périhélies situés entre 0,07 et 0,15 UA peuvent être chauffés à des températures pouvant aller jusqu’à 780°C. Les tailles pré-atmosphériques estimées pour les CV-CK (de quelques centimètres à 2,5 mètres) sont compatibles avec ce type de processus. La fragmentation d’un corps parent homogène de type CV (possiblement l’astéroïde à l’origine de la famille d’Eos) pourrait former des météoroïdes qui, sous l’effet de phénomènes de résonances, seraient redirigés vers l’intérieur du Système Solaire et pourraient ainsi être métamorphisés par chauffage radiatif. Ce type de processus thermique secondaire n’étant efficace que pour de petits fragments d’astéroïdes, il ne doit pas être considéré comme un processus corps-parent stricto sensu. / Carbonaceous chondrites (CCs) are primitive objects accreted during the earliest stage of the Solar System formation. Mainly composed of chondrules, matrix and refractory inclusions, CCs recorded chemical, isotopic and mineralogical heterogeneities of the solar nebula. Unlike other chondrite classes, most CCs are primitive (petrologic types 1 to 3), i.e., they have not been affected by thermal parent-body processes. However, CK chondrites suffered an intense metamorphism (petrologic types 4 to 6). The CK group is characterized by recrystallized matrices, equilibrated olivines (∼Fa31), a high level of oxidation (Ni-rich olivines, metal/magnetite ratio close to zero), low contents of refractory inclusions, refractory lithophile abundances intermediate between CV and CO groups, and oxygen isotope compositions overlapping the CV and CO groups. CKs have been poorly studied until the 1990’s, in part due to the small number of classified samples (210 as of December 6th, 2011), and their small masses (median mass∼33.5g). Isotopic and major element compositions support a genetic link with CV3s. Since1990, recent discoveries of CKs, in particular of CK3s recovered by systematic Antarctic and Saharan collects, allow a detailed study of the CK metamorphic evolution, especially at the 3–4 transition. The objective of this study is the characterization of the conditions of metamorphism of CKs, and through analyses of several CK3–4 samples, the study of the CV-CK relationship. The detailed characterization of the metamorphic evolution of 19 CKs, including 5 CK3, confirms that observed differences between chondritic components in CVs and CKs (abundance, mineralogy, texture) can be explained by a secondary HT-BP thermal process (∼300–650°C) under oxidizing conditions (∼NNO). Moreover, durations of metamorphism obtained by the analysis of diffusion profiles in CK chondrules are intermediate between those commonly admitted for shock (few seconds to several days) and for short-lived radionuclides decay (several million years). An experimental study, using a 1-atmosphere furnace with controlled oxygen fugacity, provides additional arguments for the CV-CK relationship. We reproduced characteristic CK textures and obtained olivine iron contents of equilibrated CVs close to those measured in CKs. These experiments confirm that CKs can be considered as reequilibrated CVs. Thus, the current classification of CVs and CKs in two distinct groups should be modified in order to account for the existence of the CV-CK continuous metamorphic series from type 3 to 6. We propose to consider radiative heating as a possible cause of metamorphism for CKs. Numerical thermal modeling indicates that carbonaceous meteoroids with low perihelia (between 0.07 and 0.15 AU) can be heated at temperatures up to 780°C. Pre-atmospheric sizes estimated for CVs and CKs (from a few centimeters to 2.5 meters) support this thermal process. Fragmentation of an homogeneous CV-type parent body (possibly the parent asteroid at the origin of the Eos family) could be the source of meteoroids which, due to resonances, move toward the Sun and thus be metamorphosed by radiative heating. This secondary thermal process, affecting only small asteroid fragments, should not be considered as a parent-body process in the sense that it did not occur on the asteroid before its disruption.

Atmosphärisches Aerosol kann den Strahlungstransport signifikant beeinflussen. Mineralstaub, der über der Sahara und anderen Wüsten in die Atmosphäre gelangt, ist das hinsichtlich der in letzterer dauerhaft verbleibenden Masse bedeutendste Aerosol. Darüber hinaus sind Saharamineralstaubpartikel nichtkugelförmig, und die Wirkungen dieser Partikeleigenschaft auf den Strahlungstransport in der Erdatmosphäre sind bislang nur ungenügend untersucht worden. Es werden die optischen Eigenschaften, Strahlungs- und Erwärmungseffekte von Saharamineralstaub unter Berücksichtigung der Nichtkugelförmigkeit seiner Partikel quantitativ untersucht, wobei der gesamte, im Hinblick auf den Strahlungshaushalt energetisch relevante Spektralbereich zugrunde gelegt wird. Zunächst werden auf Basis in-situ-gemessener Experimentaldaten die atmosphärischen Umgebungsbedingungen, Größenverteilungen, Brechungsindizes, Bodenalbedo und Partikelgestalt festgelegt, die in einem zweiten Schritt in ein Strahlungstransportmodell einfließen. Mit dessen Hilfe wird in umfangreichen numerischen Simulationen des Strahlungstransports in einer realistischen mineralstaubhaltigen Modellatmosphäre im Vergleich zu Messdaten beispielsweise geklärt, welche Partikelform und Größenäquivalenz angenommener sphäroidaler Modellpartikel am meisten realistisch sind. Des Weiteren werden im Zusammenhang mit der Partikelnichtkugelförmigkeit Sensitivitätsstudien zur Beantwortung der Fragen durchgeführt, inwieweit diese das Strahlungsfeld beeinflusst und zu veränderten Strahlungserwärmungswirkungen führt.

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La stabilité d'un écoulement de couche limite sur une paroi verticale et d'un écoulement de canal entre deux parois verticales est étudiée en présence d'une stratification en densité. Des analyses de stabilité modale et non-modale sont conduites.Pour l'écoulement de couche limite sur une paroi verticale, l'analyse de stabilité temporelle est réalisé pour un profil de vitesse en tanh. Les caractéristiques sont décrites en fonction du nombre de Reynolds (Re) et du nombre de Froude (F). Je montre que l'écoulement de couche limite est sujet à l'instabilité visqueuse et à l'instabilité radiative qui conduisent respectivement à la formation d'ondes de Tollmien-Schlichting (TS) et à la génération spontanée d'ondes internes. Je montre que l'instabilité radiative diminue le nombre de Reynolds critique et domine l'instabilité visqueuse pour des grands nombres de Reynolds. L'instabilité radiative devrait donc être observable dans les expériences et les écoulements géophysiques atmosphériques ou océaniques. Pour l'écoulement de canal, je réalise une étude de stabilité temporelle ainsi qu'une étude des perturbations optimales en utilisant le profil de vitesse de Poiseuille. Comme pour l'écoulement de couche limite, je montre que l'instabilité visqueuse est dominée par une instabilité 3D associée à la stratification. Cette dernière affecte également la croissance transitoire des perturbations. Les deux mécanismes fondamentaux de croissance transitoire que sont les mécanismes de Orr et de ``lift-up'' sont toujours présents mais le mécanisme de lift-up est fortement atténuée par la stratification et rapidement dominée par la présence des instabilités 3D. / The stability of a boundary layer on a vertical wall and a channel flow between two vertical walls is studied in the presence of density stratification. Both modal and non-modal analysis are conducted in these studies. For the boundary layer on a vertical wall, a temporal stability analysis is performed for a tanh velocity profile. The characteristics are analysed as functions of the Reynolds number (Re) and the Froude number (F). The boundary layer is found to be unstable to viscous instability and radiative instability. The viscous instability can lead to Tollmien–Schlichting (TS) waves, and the radiative instability may generate internal gravity waves spontaneously. The radiative instability reduces the critical Re for instability. And for large Reynolds numbers, it dominates the viscous instability. Consequently, radiative instability may develop in experiments and various geophysical situations in the ocean and atmosphere.For the channel flow, we choose plane Poiseuille flow as a prototype. Both the exponential instability and transient growth are analysed. There are also two kinds of exponential instabilities, viscous instability and a 3D instability. The 3D instability influences the behaviour of the transient growth. The fundamental mechanisms in transient growth are the inclination of upstream tilting waves and the growth of streamwise vortices, which are referred to as Orr mechanism and lift-up mechanism. In the presence of stratification, the Orr mechanism is not affected while the lift-up mechanism is weakened. The combination of these two mechanisms is amplified by the influence of the 3D instabilities.

The ongoing development of self driving cars requires accurate measuring devices and the objective of this thesis was to investigate how di↵erent weather will affect one of these devices, known as a LiDAR. A LiDAR uses pulsed laser light to measure the distance to an object. The main goal of this thesis was to solve the transient radiative transfer equation (TRTE) that describes the propagation of radiation in a scattering, absorbing and emitting media. The TRTE was solved in the frequency domain using the discrete ordinate method (DOM) and a matrix formulation. An alternative model to estimate the amplitude of the return pulse is to use the LiDAR equation which describes the attenuation of a laser pulse in a similar way as Beer-Lamberts law. The difference between the models are that the TRTE accounts for multiple scattering whereas the LiDAR equation only accounts for single scattering. This has the effect that the LiDAR equation only models the change in amplitude of the return pulse whereas the TRTE also models the broadening and shift of the pulse. Experiments were performed with a LiDAR in foggy, rainy and clear weather conditions and compared with the theoretical models. The results from the measurements showed how the amplitude of the pulse decreased in denser fog. However, no tendency to a change in pulse shift and pulse width could be seen from the measured data. Additionally, the measurements showed the effect of ambient light and temperature to the LiDAR signal and also that, even after averaging 300 waveforms, noisy data were a problem. The results from the transient radiative transfer equation showed that in a medium with large optical depth the shift and width of the pulse are highly affected. It was also shown that the amplitude of the pulse calculated with the TRTE seemed to better approximate the experimental data in fog than the LiDAR equation.

Atmospheres play an important role in the habitability of a planet, so understanding and modelling them is an important step in the search for life on other planets. This thesis presents a 1D frequency-dependent radiative-convective code that was written to help determine the temperature-pressure structure of potentially-habitable exoplanets. This code pairs with a chemistry model to determine the chemical composition of these planets' atmospheres. This code is applied to the planets in the TRAPPIST-1 system. The initial atmospheric compositions of the TRAPPIST-1 planets are determined through planet formation history and considered for both outgassed and accreted atmospheres. An interesting result is found when running these initial atmospheric compositions through the chemistry model: when the atmosphere equilibrates, it can change its C/O ratio from equal to that found in the accreted or outgassed volatiles to something lower, because, in temperate conditions, CO$_2$ is favoured over CO. This has the consequence that observed C/O ratios in terrestrial atmospheres cannot be relied on to infer the C/O ratio of the protoplanetary disc in which the planet formed. The initial results of atmospheric modelling for TRAPPIST-1 planets indicate that these planets are likely to have relatively warmer upper atmospheres due to the fact that their host star emits primarily in the infrared, and a portion of this radiation is then absorbed as it enters the top of the atmosphere. These initial results have not been seen in previous work. These initial results are the beginning of a database of potential atmospheres on the TRAPPIST-1 planets. It is hoped that these atmospheres can be compared with observations from future observing missions like the James Webb Space Telescope to help constrain the surface conditions of these potentially-habitable planets and ultimately, to help in the search for life. / Thesis / Master of Science (MSc)

Dans cette thèse, nous analysons les principales caractéristiques des aérosols atmosphériques sur un site urbain en Afrique de l’Ouest : la ville de Ouagadougou. Cette analyse est suivie de l’évaluation du forçage radiatif produit par cette population d’aérosols au sommet de l’atmosphère, dans la couche atmosphérique ainsi qu’à la surface terrestre. Une étude climatologique des propriétés optiques (épaisseurs optiques, exposant d’Angström, albédo de simple diffusion, facteur d’asymétrie) et microphysiques (distribution granulométrique, indice complexe de réfraction) a été effectuée sur la base des données de mesures et d’inversions photométriques du réseau AERONET. L’analyse de ces données a permis de définir à diverses échelles de temps les différentes variabilités des propriétés étudiées. Ces propriétés ont mis en exergue les effets combinés de l’activité anthropique, du cycle de production des poussières minérales d’origine saharienne, de la succession saisonnière et la dynamique du climat spécifiques à cette région de la terre. La composition du panache d’aérosols a également été déduite de l’analyse des données optiques, et les conclusions tirées se sont avérées être en bon accord avec des mesures chimiques effectuées au LSCE sur des échantillons obtenus par prélèvement manuel sur filtres. Le bilan radiatif a été évalué en utilisant le modèle GAME. Cette simulation a montré une forte corrélation du forçage avec la succession des saisons sèche et humide, avec des valeurs extrêmes au mois d’Août (humide) et de Mars (sec avec poussières maximales). Les résultats traduisent un refroidissement en surface pouvant atteindre -41 W/m 2 en Mars, un réchauffement de la couche atmosphérique qui va de 15 à 35 W/m 2 environ et un refroidissement au sommet de l’atmosphère compris entre -2 et -6 W/m 2 . La représentation du forçage calculé en fonction de l’albédo de simple diffusion a montré une tendance linéaire avec un coefficient de corrélation traduisant une fiabilité de nos résultats de l’ordre de 88%. La cohérence des valeurs simulées a été aussi montrée par une comparaison avec des résultats obtenus dans la région Ouest Africaine par d’autres chercheurs utilisant des techniques différentes. De même, la représentation de l’efficacité radiative simulée en fonction de celle inversée par AERONET a montré un très bon accord. / In this thesis, we analyze the main characteristics of atmospheric aerosols on an urban site in West Africa: Ouagadougou. This analysis is followed by an assessment of the radiative forcing produced by this population of aerosols at the top of the atmosphere, in the atmospheric layer and at the Earth's surface. A climatological study of the optical properties (optical thickness, Angstrom exponent, single scattering albedo, asymmetry factor) and microphysical properties (particle size distribution, complex refractive index) was performed on basis of data obtained from photometric measurement and inversions of AERONET network. The analysis of these data allowed us to define the different variabilities of the properties studied at various time scales. These properties have highlighted the combined effects of human activity, the cycle production of mineral dust from the Sahara region, the seasonal succession and the climate dynamics known in this region of the earth. The composition of the aerosol plume was also deduced from the analysis of optical data, and the conclusions were found to be in good agreement with chemical analysis carried out at LSCE on samples obtained by sampling on filters at Ouagadougou. The radiation balance was assessed using the GAME model. This simulation showed a strong relationship of the radiative forcing with the succesion of wet and dry seasons, with extreme values in August (wet) and Mars (dry with maximum dust emissions). The results showed a cooling at the surface that can reach -41 W / m 2 in March, a warming of the atmosphere, ranging from 15 to 35 W / m 2 about and a cooling at the top of the atmosphere between -2 and -6 W / m 2 . The representation of the radiative forcing calculated as a function of the single scattering albedo showed a linear trend with a correlation coefficient reflecting relatively good reliability of our results (about 88%). The consistency of simulated values was also shown by a comparison with the results obtained in the West African region by other researchers using different techniques. Similarly, the representation of the radiative efficiency simulated as a function of the inverted AERONET one showed a very good agreement.

The analytical solution to a model time-dependent continuous lethargy photon transport equation is evaluated numerically to obtain a benchmark solution using the Laplace transforms coupled with the multiple collision expansion method. The benchmark solution is then used to check the accuracy of the multigroup approximation. Excellent agreement between continuous lethargy benchmarks and multigroup approximation is obtained.