Etude des propriétés des poussières et des glaces dans les disques protoplanétaires fortement inclinés

Soutenance de thèse de Laurine Martinien - Mercredi 7 octobre 2026 à 10h - Salle Manuel Forestini IPAG

Les planètes se forment dans les disques protoplanétaires en rotation autour des étoiles jeunes. Constitués de gaz, de poussière et de glace, ces disques sont le siège de croissance des grains, qui doivent croître de quelques micromètres à des objets de plusieurs milliers de kilomètres. Toutefois, les mécanismes responsables de cette croissance restent mal contraints. L’étude des poussières micrométriques et millimétriques permet de mieux comprendre les premières étapes de la formation planétaire. Par ailleurs, il a été démontré que les glaces (H2O, CO2 et CO), sont omniprésentes dans les disques protoplanétaires et jouent un rôle majeur dans la formation planétaire. Leur caractérisation représente un enjeu majeur d’autant plus depuis la nouvelle ère ouverte par le télescope spatial James Webb.
En raison de leur inclinaison particulière, les disques fortement inclinés sont les candidats idéaux pour l’étude de la distribution spatiale des glaces et offrent une vue privilégiée de leur structure verticale, révélant des traces de sédimentation verticale, processus clé de la croissance des grains. Au cours de cette thèse, je me suis intéressée aux propriétés des poussières et des glaces dans les disques protoplanétaires fortement inclinés en combinant une approche observationnelle multi-longueurs d’onde (VLT-HST-JWST-ALMA) et une approche de modélisation de transfert de rayonnement (MCFOST).
Dans un premier temps, j’ai réalisé la première étude systématique d’un échantillon de disques protoplanétaires fortement inclinés à partir d’observations millimétriques du continu et du gaz. Grâce à l’intégration le long de la ligne de visée, ces disques permettent de contraindre plus robustement les régions externes plus ténues. J’ai confirmé que le gaz apparaît plus étendu radialement que la poussière micrométrique, elle-même plus étendue que la poussière millimétrique. Cependant, les disques fortement inclinés apparaissent moins étendus dans le gaz par rapport au continu millimétrique que les disques moins inclinés, cohérent avec des effets de profondeur optique et/ou de dérive radiale. J’ai aussi confirmé que les gros grains sont soumis à la sédimentation verticale vers le plan médian. Cependant, quelques exceptions suggèrent que les petits grains ne sont pas parfaitement couplés au gaz.
Dans un second temps, j’ai mené une étude approfondie sur les propriétés des bandes d’absorption de glaces dans les disques protoplanétaires. En combinant une étude détaillée du système grazing-angle PDS 453 avec une étude plus générale, j’ai mis en avant la tendance selon laquelle les propriétés (forme, position de minimum, profondeur) des bandes des glaces communes ne dépendent pas uniquement des propriétés intrinsèques des glaces, mais également de l’inclinaison du système. De plus, j’ai montré que leur interprétation est encore plus complexe, car les propriétés des bandes dépendent aussi de la localisation au sein du disque depuis lesquelles sont extraits ces spectres.
Par ailleurs, il existe une saturation des bandes lorsque l’inclinaison du disque devient trop élevée, empêchant une quantification robuste des abondances de glaces dans ces disques. Pour dépasser cette limitation, j’ai développé une nouvelle méthode robuste reposant sur la mesure de l’épaisseur apparente du disque en fonction de la longueur d’onde. Cette épaisseur est directement et quantitativement liée à la masse du disque et à l’opacité. Les disques apparaissent plus épais relativement au continu, aux longueurs d’onde des bandes de glace d’eau, de CO2 et de CO, visible dans mes modèles et dans des observations JWST/NIRSpec de 4 disques edge-on. D’après les modèles, cette méthode ne sature pas contrairement aux spectres. À terme, cette méthode permettra de quantifier l’abondance de glace dans les disques protoplanétaires fortement inclinés en construisant des modèles de transfert de rayonnement reproduisant simultanément l’épaisseur du disque observée et les signatures spectrales.

Direction de thèse

  • François Ménard

Composition du jury

  • Guillaume Laibe, Professeur des Universités ENS Lyon, Examinateur
  • Myriam Benisty, Astronome Adjointe MPIA Heidelberg, Rapporteure
  • Olivier Lagage, Directeur de recherche CEA Saclay, Rapporteur
  • Sébastien Maret, Chargé de recherches CNRS IPAG, Examinateur
  • Cecilia Ceccarelli, Astronome UGA IPAG, Examinatrice