Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier

1. Développement d'un spectromètre de masse dédié à l'analyse des enveloppes neutres planétairesNIMEIS Joël Becker Sous la direction de : François Leblanc et Jean-Jacques Berthelier Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

2. Quelles signatures autour de Mars ? • L’échappement atmosphérique : Mesurer le flux s’échappant de Mars • Échappement sous forme ionisé: mesuré par ASPERA-3/Mars Express • Particules s’échappant accélérées par le vent solaire • Échappement neutre: pas de mesure directe, uniquement par la mesure du profil de densité • Idéalement mesurer l’énergie des particules neutres loin de la planète Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

3. Quelles densités et énergies doit on mesurer? • Processus thermiques et suprathermiques • Esuprathermique ≥ 2xEthermique • Mesure de suprathermiques • Différencier les processus • Distinguer suprathermiques/thermiques • Exosphère • Au-dessus de l’exobase, • >200km sur Mars • Densité <108 part.cm-3 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

4. L’exosphère de Mars Simulation du nombre de coups pour NIMEIS _ _ 100 O/cm3 Exemple de densités exosphériques autour de Mars (composante suprathermique) Yagi et al. (2012) RD de 10 O/cm3 Soleil _ _ Nord 104 O/cm3 Cipriani et al. (2007) → Caractériser et comprendre l’échappement • Recombinaison dissociative • Criblage → Mesure de faibles densités et énergies Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

5. NIMEIS : Performances Spectromètre de masse et énergie pour les neutres Neutre : 0eV à quelques dizaines d’eV Haute sensibilité  source ionisation CNT 10 neutres particules/cm3 Un mode haute résolution en masse : M/ΔM ~150 Un mode basse résolution en masse et énergie simultanée : M/ΔM ~30 E/ΔE ~10 Pour une gamme d’énergie donnée : Mesures continues Champs de vue : 10°x10° Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

6. NIMEIS : Performances • Spectromètre de masse et énergie pour les neutres • Neutre : 0eV à quelques dizaines d’eV • Haute sensibilité  source ionisation CNT • 10 neutresparticules/cm3 • Un mode haute résolution en masse : • M/ΔM ~150 • Un mode basse résolution en masse et énergie simultanée : • M/ΔM ~30 • E/ΔE ~10 • Pour une gamme d’énergie donnée : • Mesures continues • Champs de vue : • 10°x10° 17 et 18 avril 2013 Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL 6

7. NIMEIS : Optique Séparation des énergies selon l'axe Y. Chaque faisceau correspond à une énergie. 5-15eV step 2eV Déflecteur Lentille de focalisation dans le plan YZ facilitant la séparation des masses 25 cm Lentille de focalisation dans le plan XY facilitant la focalisation sur le détecteur Y Poids : ~2kg X Z Optique de focalisation et accélération. Source d’ionisation 17 cm Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

8. NIMEIS : Optique Potentiel du déflecteur est relié à la masse des particules Variation du potentiel en dent de scie Double déflexion pour éviter les temps morts Arrêt du chronomètre. Identification de l'énergie selon l'axe Y, détermination de la masse selon l'axe Z Y X Z Départ du chronomètre. Y 3 mm • Résolution : • Énergie  0.5eV sur 10eV • Masse  ~30 5 mm Z 40 mm Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

9. NIMEIS : Prototype • Fabrication du prototype • Source ionisation • Héritage PALOMA • Détecteur • Galettes à micro canaux (MCP) • Positionnement Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

10. NIMEIS : Source d’ionisation Utilisation de nano tubes de carbone pour extraire des électrons Consommation très réduite Collaboration avec Ajou Université(Corée du Sud) Objectifs : Obtenir un courant de 100µA/cm² Potentiel d’extraction de l’ordre de 150V Énergie des électrons ~100eV Énergie moyenne pour un maximum d’ionisation Troisième prototype Grille G0 avec 100 trous de diamètre 500µm. Tests réalisés à Ajou Université Collecteur Anode G1 G0 CNT Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

11. NIMEIS : Source d’ionisation • Analyse des résultats • Définition nouveau modèle • Optimisation en court • Possibilité, mesure énergie des électrons • Conception et tests d’une source pour NIMEIS Vue de la grille G0 Courant collecteur Courant extraction CNT Courant anode CNT potential (V) Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

12. NIMEIS : Travail futur Tests et calibration du prototype de NIMEIS Finalisation des tests du montage d’extraction d’électrons Conception mécanique de la source d’ionisation Couplage du prototype et la source d’ionisation Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

13. Processus suprathermiques • Criblage • Interaction vent solaire/ions de l’atmosphère proche de l’exobase • Cascade de collisions • Formation O, CO2 et produits N2 et Ar • Recombinaison dissociative • Ionisation d’une molécule neutre de l’atmosphère due à l’interaction d’un photon solaire avec celui-ci • Recombinaison dissociative, réactions plus importantes: Cipriani et al. (2007) Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL

14. NIMEIS : Objectifs instrumentaux Caractérisation des particules de l’atmosphère/exosphère Approche : spectromètre de masse avec haute sensibilité Objectif : composition de l’atmosphère Caractérisation des mécanismes d’éjection Approche : mesure de la masse et de l’énergie des particules Objectif : relations atmosphère/exosphère Caractérisation de la distribution spatiale de l’exosphère Approche : haute résolution temporelle Objectif : liens entre surface/atmosphère/magnétosphère Atelier du pôle du Système Solaire de l'IPSL