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1 CETP - Centre d-étude des environnements terrestre et planétaires

Abstract : The martian exosphere is the very depleted part of the martian atmosphere above roughly 200km in altitude. As a boundary medium between the solar wind and the upper atmosphere, it is crucial to the loss of material from the planet. The present work concerns a modelling study of the hot exospheric particles, first, and second, an experimental and modelling study of an instrument useful to their characterization. The exospheric particles are created through dissociative recombination reaction of O2+ and CO+ ions, and through sputtering of the atmosphere by O+ pick-up ions. Their creation and ballistical transport occur in a spherically symetrical amtosphere, modelled by using a test-particule Monte Carlo approach. Coupled to this approach a Molecular Dynamic model is used to describe collisions and molecular dissociations. The simulation results offer an insight into the coronnal structure densities and energy distributions involving hot heavy species as CO2 and CO, and allow to derive specifications for a mass spectrometer dedicated to their in situ measurement. To this aim, new high brightness electron impact ion sources are required. In the second part of this work, the electrons emitted by cold cathodes based on either molybdenum microtips or carbon nanotubes are characterized by using a hemispherical retarding potential energy analyzer. The measured parameters of the electron sources are then used to derive the required ion source sensitivity. A first numerical model of the ion source and energy analysis part of the mass spectrometer is also presented.

Résumé : La couronne de Mars est la partie extrêmement tenue son atmosphère située au-delà de 200km d-altitude. A l-interface entre le vent solaire et la haute atmosphère, cette région conditionne la perte de matière à l-échelle globale et sur des périodes géologiques. Ce travail de thèse concerne la modélisation de la formation de la couronne de particules neutres suprathermiques, d-une part, et d-autre part, l-étude expérimentale et la modélisation d-un dispositif de caractérisation de ses composés. Les particules de la couronne sont crées par recombinaison dissociative des ions O2+ et CO+, et par criblage de la haute atmosphère par des ions pick-up O+. Leur création ainsi que leur transport ballistique sont simulés dans une atmosphère à symétrie sphérique, suivant une approche particulaire du type Monte-Carlo. Les collisions et le partitionnement de l-énergie lors des dissociations sont traitées grâce à un modèle de dynamique moléculaire. Les sorties de ce modèle permettent de décrire la couronne en incluant ses composés lourds tels que le CO2 et le CO. Elles permettent également de définir les spécifications d-un spectromètre de masse dédié à la mesure de ces populations de particules. Cette mesure nécessite l-emploi de sources d-ionisation à très grande luminosité. Une caractérisation physique des sources d-électrons envisagées basées sur l-effet de champ, qui sont des cathodes à micropointes et à nanotubes de carbone, est effectuée à partir d-un analyseur d-énergie hémisphérique à potentiel retardateur. Les paramètres obtenus sont ensuite utilisés pour déterminer la sensibilité de la source nécessaire à la mesure. Le simulation numérique du spectromètre est également abordée.

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Keywords : Planetary Atmospheres Atmospheric Escape In situ sounding Mass spectrometry

Mots-clés : Atmospheres Planetaires Exospheres Echappement atmospherique Mars Mesures In Situ Nanotechnologies Spectrometrie de Masse





Autor: Fabrice Cipriani -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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