Olivier GRASSET

Modélisation numérique des transferts convectifs dans les manteaux planétaires : En cherchant à toujours garder un juste équilibre entre les approches expérimentales et les modèles théoriques, j’ai mené de nombreuses études sur la structure interne des lunes gelées de Jupiter et Saturne, mais aussi sur les planètes telluriques dont la Terre. La dynamique des corps glacés ne peut s'étudier qu'à partir des modèles de convection thermiques qui permettent de relier la vigueur des mouvements convectifs à l'intensité du transfert de chaleur (lois d'échelle). Ces modèles doivent prendre en compte le fait que les matériaux solides qui convectent ont des rhéologies qui dépendent très fortement de la température. Une part importante de mon travail avant les années 2000 a été de contribuer à la caractérisation de ces lois d'échelle à partir de modélisations aux éléments finis. J’ai en particulier mis en place en 1998 l’un des premiers modèles numériques permettant de généraliser les lois d’échelle trouvées expérimentalement dans le cas des fluides fortement convectifs chauffés de l’intérieur.

Expérimentation Haute Pression et Basse Température sur les matériaux glacés : J’ai développé dans les années 90 un des premiers laboratoires recréant les conditions physico-chimiques de l’intérieur des lunes gelées. Les glaces des lunes de Jupiter et Saturne sont soumises à des pressions pouvant aller jusqu’à 2000 fois la pression atmosphérique et des températures variant de -200°C jusqu'à environ 0°C. J'ai donc réalisé un appareillage original permettant à la fois la génération de ces conditions thermodynamiques particulières mais aussi la caractérisation in situ des phases de glaces synthétisées . Cet appareil était unique à l’époque parce qu'il explorait une gamme de pressions et température non utilisée par les autres disciplines scientifiques. Il a donc nécessité d'une part la mise au point d'une cellule haute pression qui utilise des enclumes de saphir, et d'autre part un travail de métrologie des pressions dans cette gamme spécifique, travail dont les retombées dépassaient largement le cadre de la planétologie. En effet, tant la technique que les normes de métrologies mises en place ont été exploitées par la suite dans des expériences en biologie et en agro-alimentaire. Dans le cadre de ces travaux de recherche, j'ai été amené à travailler au sein du réseau CNRS interdisciplinaire des hautes pressions en tant que membre du bureau de coordination de 1999 à 2006.

Relations Masse – Rayon des exoplanètes de type Terre : Suite à la découverte de petites exoplanètes au début des années 2000, j’ai travaillé sur la caractérisation des objets très particuliers que sont les Super-Terres. Avec le nombre croissant de planètes découvertes, il était devenu nécessaire d’apporter des contraintes sur les relations masse-rayon de ces objets afin de les identifier. En effet, dans la très grande majorité des cas, l’observation ne fournissant que la masse (méthodes spectroscopiques) ou le rayon (méthode du transit), il est impossible de connaître la nature de la planète (gazeuse, type Terre, type Mercure, …). Une contrainte supplémentaire pour caractériser les exoplanètes solides est aujourd’hui disponible grâce entre autre aux modèles que nous avons développé.

Exploration spatiale du système de Jupiter : A partir de 2007, je me suis concentré sur un projet de mission spatiale vers Jupiter dans le cadre de l’appel d’offre européen Cosmic Vision 2015-2035. J’ai été co-responsable à partir de 2009 de l’équipe scientifique qui a conçu le projet JUICE (Jupiter ICy moons Explorer). M. Dougherty (Imperial College, London) et moi-même avons animé l’équipe scientifique internationale pendant 3 ans, et défendu le projet devant le conseil de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) en Février 2012. Notre projet a remporté la compétition pour devenir la première mission Large de Cosmic Vision. Ces trois années de travail représentent un investissement sur le temps de recherche quasi-total compte tenu d’une part de la très forte compétition au niveau international, mais aussi de l’ampleur scientifique du projet. En tant que co-leader, mon rôle m’a amené à m’impliquer dans les questionnements scientifiques allant des interactions des plasmas avec la magnétosphère jovienne à la composition des exosphères ténues, en passant par les structures internes des planètes géantes et des lunes. Depuis 2012, j’assiste le responsable scientifique de JUICE à l’ESA dans l’animation de l’équipe, et dans l’optimisation du retour scientifique de la mission durant la phase de conception du module spatial et de ses interfaces avec les instruments scientifiques. Cette responsabilité sera assumée au moins jusqu’à fin 2018.

Normes de protection planétaire pour le système solaire externe : J’ai ajouté à partir de 2009 un axe original à mes activités de recherche. La protection planétaire consiste essentiellement à garantir que les missions spatiales envoyées vers d’autres objets du système solaire ne contaminent pas les objets étudiés, avec des spores notamment, risquant alors de compromettre les recherches futures sur les origines de la vie et sur la recherche de vie extraterrestre. Les normes de protection à appliquer, en particulier pour les missions vers Mars et les lunes gelées de Jupiter et Saturne, évoluent au fur et à mesure de l’avancement de nos connaissances. De par mon expertise sur les lunes gelées, et suite aux missions Galileo et Cassini, j’ai été amené à contribuer au sein d’un groupe de travail international, à la redéfinition des normes de protection à appliquer aux futures missions à destination des systèmes de Jupiter et Saturne. Ces travaux ont donné lieu à deux rapports officiels et aussi une publication sous ma responsabilité qui a permis de définir les normes à imposer pour toute future mission à destination, ou s’approchant, de Ganymède, lune de Jupiter. Depuis 2016, je fais partie des membres du programme PPOSS (H2020) qui travaille avec l’ESA sur ce sujet dans le cas spécifique des missions à leadership européen.