COMPOSITION DES PLANETES GEANTES Daniel Gautier Observatoire de

COMPOSITION DES PLANETES GEANTES Daniel Gautier Observatoire de Meudon LESIA

§Eléments lourds: clés de notre compréhension de la formation des planètes géantes §Aucune planète géante du Système Solaire n’a une composition purement solaire §Eléments légers: H 2, He §Eléments lourds: « rocks, ices » ices est une manière symbolique de décrire les composés volatils de C, N, O et autres éléments qui forment des molécules condensables

Composition solaire des éléments tests Lodders (2003), Anders & Grevesse (1989) Ar/H= 4. 2 x 10(-6) Kr/H= 2. 27 x 10(-9 Xe/H= 2. 22 x 10(-10) C/H = 2. 91 x 10 (-4) N/H = 8. 02 x 10(-5) O/H = 5. 8 x 10(-4) S/H = 1. 85 x 10 (-5) P/H = 8. 57 x 10 (-7) As/H= 2. 5 x 10 (-10) 3. 55 x 10(-4) 1. 12 x 10(-4) 8. 55 x 10(-4) Same as Lodders

CNO DANS LA NEBULEUSE C volatils--> CH 4, CO (CO 2) N volatils--> NH 3, N 2, O volatils --> H 2 O, CO Modérément réfractaires (T <650 K): organiques contenant (C, N, O) Refractaires: silicates, minéraux

Molécules hors équilibre A l’équilibre thermochimique, les gaz PH 3 et As. H 3 ne devraient pas etre détectables dans la troposphère supérieure de Jupiter ou Saturne (Fegley and Lodders, 1994, Icarus, 110, 117 -154). Dans les conditions de température et de pression de la troposphere, P et S sont en effet sous forme de composes solides (P 2 O 3 par exemple) Cependant, PH 3 et As. H 3 ont été détectés parce que par suite des mouvements convectifs, ces gaz montent vers les couches atmosphériques en un temps plus court que celui requis pour atteindre l’équilibre thermochimique. Ces gaz ne peuvent représenter qu’une limite inférieure des abondances en P et As. Fegley et Lodders ne sont pas capables d’expliquer pourquoi P et As sont beaucoup plus enrichis par rapport a l’abondance solaire dans Saturne que dans Jupiter. Hersant et al; (2004) interprètent ce fait dans le cadre de la théorie du piégeage de As. H 3 et PH 3 par clathration.

DESTIN DES VOLATILS DANS LES PLANETES GEANTES §Jusqu’à 1500 K, CO et CO 2 sont convertis en CH 4, N 2 est converti en NH 3 , O est sous forme de H 2 O Donc C et N sont essentiellement mesures dans CH 4 et NH 3 § T > 1500 K une partie de CH 4 est convertie en CO une partie de NH 3 est convertie en N 2 §T> 2000 K, début de dissociation des molécules §Hautes Pressions : glaces de H 2 O, CH 4, NH 3 (d’après les mesures de laboratoire)

Enrichissement dans les planètes géantes Ar Jupiter 2. 5 Kr 2. 7 Xe 2. 5 C 3. 55 +/0. 5 7. 4 +/-1. 7 45 +/-15 N 5 +/-1. 4 2. 75 +/0. 75 S 2. 5 +/0. 15 10. 5 - 13. 5 20 +/-10 P 1 As 0. 2 -0. 8 Saturne 8. 2 -16. 5 4. 5 - 9 Uranus Neptune 45 +/-15 ? ? 20 +/-10

Enrichissements: Interprétation? Les planétésimaux ont enrichi les enveloppes H 2 et He des Planètes Géantes en éléments lourds. Les gaz rares ne peuvent etre piégés en abondance sans la présence de glace d’eau qui, dans la nébuleuse, était essentiellement cristalline Les enrichissements en C et N ne peuvent etre dus a la condensation de CO et N 2, car ce scenario est incompatible avec l’absence de N 2 dans les comètes et la difference entre C et N dans Saturne. Tout ceci favorise le scenario du piégeage des volatils par clathration dans la nébuleuse solaire.