Dynamique des anneaux et des satellites planétaires : application aux arcs de Neptune et au système Prométhée-Pandore

Président : LASKAR J. Rapporteurs : HENRARD J., MURRAY C.D. Examinateurs : MIGNARD F., VIENNE A. Invité : FRENCH R.G.First, this thesis considers the dynamics of co-orbital satellites. The problem of the Lagrangian points is extended to derive general results on the existence of stationary configurations. For N co-orbital satelllites with small but otherwise arbitrary masses, the existence of equilibrium points depends on the parity of N. If N is odd, then for any arbitrary angular separation between the satellites, there always exists a set of masses which achieves stationarity. Physically acceptable solutions (positive masses) restrict this existence to sub-domains of angular separations. If N is even, additional conditions must be verified. The case N = 3 is treated completely, giving all the possible solutions and their stability. For N > 3, numerical methods are given. These results are applied to explain the confinement of Neptune's ring arcs, with a model compatible with the latest observations (Dumas et al., 1999; Sicardy et al., 1999b; de Pater et al., 2004) : the arcs are trapped between small co-orbital satellites (with radii r 3, des méthodes numériques sont présentées. Ces résultats ont permis d'élaborer un modèle de confinement des arcs de Neptune compatible avec les dernières observations (Dumas et al., 1999; Sicardy et al., 1999b; de Pater et al., 2004) : les arcs sont piégés entre des petits satellites co-orbitaux (de rayons inférieurs à environ 5 km) en équilibre stable dans l'anneau Adams. La stabilité du système, soumis aux perturbations du satellite Galatéa, a été testée numériquement avec succès. Un scénario de l'origine et de l'évolution d'un tel système est proposé. Dans un deuxième volet, la dynamique de Prométhée et Pandore est examinée. Des observations HST récentes (French et al., 2003) ont révélé des variations brutales et anti-corrélées en moyen mouvement, qui proviennent d'une interaction chaotique entre les deux satellites (Goldreich et Rappaport, 2003a), et qui sont causées par la superposition de 4 résonances de moyen mouvement 121 :118 (Goldreich et Rappaport, 2003b). Nous confirmons ici numériquement le mouvement chaotique en incluant les perturbations des satellites principaux de Saturne. Les masses de Prométhée et Pandore ont été déterminées par ajustement des simulations numériques aux données HST, et correspondent à des masses volumiques moyennes de l'ordre de 0.5 g/cm3. Des éphémérides pour Prométhée et Pandore, durant la mission Cassini autour de Saturne, sont déduites de ces ajustements. Finalement, des simulations à long terme semblent indiquer que Prométhée et Pandore transfèrent du moment cinétique aux satellites co-orbitaux Janus et Epiméthée, augmentant ainsi le temps de vie du système Prométhée-Pandore