Thèse Année : 2005

Effects of a single impact on the rotational changes of a celestial body through a multi-dimensional parametrization

Etude des effets d'un impact sur la rotation d'un corps céleste à l'aide d'un paramétrage multi-dimensionnel

Résumé

Observations of craters on asteroids or planets attest that each of these bodies have its own collisional history. They have been formed in a process of accumulation or after the disruption of a parent body following a catastrophic collision. Then their initial properties have been modified by several collisional events which can involve a change of mass, of size and of rotational properties, such as the angular speed of rotation and the direction of the axis of rotation. The aim of this work is to study the consequences of these non catastrophic collisions. We propose a full parametrization of an impact on a target body considered as ellipsoidal, including several geometrical parameters such as the longitude and the latitude of the impact point, the angles of impact that is to say the angles under which the particles enter in collision with the respect the surface. Then we construct a model of the rotational changes of the target body arising from a single impact, by taking into account the various parameters of our model. We study their influences on the rotational evolution of the target, in particular the angular speed and the direction of the axis of rotation. For that we consider two cases : in the first one, that we call “accretion”, the projectile is simply stuck to the target without a significant amount of mass ejected. In the second case, the target body is eroded with formation of ejecta and of a crater.

Les cratères observés sur les différents corps du système solaire témoignent de l'intensité des événements collisionnels se produisant depuis leur formation. Ces corps ont été formés dans un processus d'agglomération ou après la fragmentation d'un corps parent après une collision destructrice. Ils ont ensuite subi au cours de leur histoire des impacts non destructeurs, qui ont entraîné des modifications de leurs caractéristiques initiales telles un changement de masse, de taille, de la vitesse angulaire de rotation ou de la direction de l'axe de rotation. L'objectif de cette thèse est d'étudier, à l'aide d'un modèle mathématique que nous avons développé, les variations rotationnelles (période, direction de l'axe de rotation) d'un corps subissant un tel impact. Dans un premier temps, nous avons synthétisé les différentes approches actuellement utilisées pour étudier les effets de collisions qu'elles soient destructrices ou non. Ces approches sont basées sur des expériences effectuées en laboratoire, sur des simulations numériques ou sur des expressions analytiques. Elles nous ont fourni des informations sur les processus pouvant avoir lieu suite à un impact: formation d'un cratère, formation de fragments,caractéristiques de ces fragments, processus d'accrétion. Nous avons ensuite développé un modèle d'étude des conséquences d'un impact d'un seul projectile sur la rotation d'une cible supposée de forme ellipsoïdale. Deux cas ont été considérés: le cas où le projectile s'accumule sur la cible sans qu'une quantité significative de masse ne soit éjectée (on nommera ce cas "accrétion") et le cas où la cible subit une érosion avec la formation d'éléments éjectés et d'un cratère. Pour ces deux types d'impacts, notre modélisation prend en compte un nombre important de paramètres tels que les tailles des corps en présence, leur composition, la position du point d'impact sur la cible (latitude et longitude), la vitesse d'impact, les angles d'impact c'est-à-dire les angles selon lesquels la particule rentre en collision sur la cible. Ces études théoriques nous ont permis d'effectuer des simulations d'impacts en faisant varier les différents paramètres et en étudiant leurs influences sur les caractéristiques rotationnelles de la cible, en particulier sur la vitesse angulaire de rotation et sur la direction de l'axe de rotation. Le but de ces applications est de montrer que notre modélisation est particulièrement flexible et bien adaptée pour traiter tous les cas d'impacts non destructeurs possibles.

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Citer

Damien Gauchez. Etude des effets d'un impact sur la rotation d'un corps céleste à l'aide d'un paramétrage multi-dimensionnel. Astrophysique [astro-ph]. Observatoire de Paris, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02071415⟩

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