Pour aller plus loin, les améliorations à venir

Un certain nombre de paramètres sont déjà implémentés dans Pytmosph3R, mais le code fera prob-ablement l’objet de bon nombre d’améliorations dans le temps afin d’être de plus en plus fiable et de plus en plus exhaustif.

Réfraction et diffusion multiple dans le code ?

Son écriture ne permet pas en l’état la détermination simple des effets de la réfraction, tout sim-plement parce que la géométrie de la maille est adaptée à des rayons en propagation rectiligne. La refonte du mode tirage des rayons serait donc nécessaire, avec toutes les conséquences que cela en-gendrerait. Toutefois, la seconde partie du code qui calcule les sections efficaces et résout le transfert radiatif est écrite de manière à s’adapter avec très peu de modifications à des trajectoires courbes des rayons d’échantillonnage puisque les calculs n’utilisent que des indices rangés dans des tableaux aux dimensions du maillage (et est donc totalement indépendant de sa géométrie). Il en va de même pour la diffusion multiple qui n’est pas prise en compte dans le code et qui mériterait une réflexion plus profonde

(Bétrémieux and Kaltenegger(2014),Bétrémieux and Kaltenegger(2015)).

Emission planétaire et atmosphérique, couplage avec des courbes de phase

Les cartes de transmittance que produit Pytmosph3R doivent être complétées par l’émission plané-taire et atmosphérique des simulations. Les données GCM sont compliquées à exploiter, du moins dans les directions qui nous intéressent qui sont celles de notre maille. Une amélioration considérable est donc à envisager sur ce point. Toujours au-delà de la transmission, des modèles en émission et réflexion peu-vent parfaitement se coupler à la routine de génération de courbes de lumière pour ajouter la modulation temporelle du flux totale émis par le système étoile/exoplanète, principalement sur la partie hors-transit. Il suffirait donc de soustraire sur la durée du transit les variations de flux ∆F produites par la routine de Pytmosph3R à la courbe de phase. Un début de réflexion a été réalisé s’inspirant de l’approche en émission de Tau-REx décrite dansWaldmann et al.(2015).

Dynamico comme alternative du GCM

La nouvelle version du GCM qui change de maillage, baptisé Dynamico (Dubos et al.(2015),

Du-bos et al.(2017)) ne sera plus compatible avec Pytmosph3R. Toutefois, les modifications ne concernent

qu’une bibliothèque sur les 8 nécessaires pour faire fonctionner le code. L’adaptation à un maillage autre qu’un repère sphérique ne devrait pas être trop compliqué. Comme nous l’avons déjà souligné, une grande partie de l’algorithme est indépendante de la géométrie du maillage adoptée, et n’est donc pas à adapter. Le plus délicat sera de remplacer toutes les formules permettant d’associer les coordonnées cylindriques aux coordonnées propres aux simulations Dynamico. Il existe d’autres simulateurs atmo-sphériques 3D, et la compatibilité reste là encore une question de philosophie adoptée, que ce soit sur la géométrie de la maille, ou la manière de résoudre les équations physiques.

Discussion sur l’implémentation des reliefs

Un module prévoit la possibilité d’ajouter une option de relief, comme c’est déjà le cas dans les simulations GCM. Il consiste à remplacer le rayon planétaire par un tableau aux dimensions de la grille sphérique, le module résout alors les équations fluides pour permettre de retrouver l’équivalent en grille d’altitude. La difficulté principale ici concerne les massifs les plus imposants et qui pourraient croiser plusieurs couches dans la maille cylindrique, que ce soit à l’échelle du calcul de pression locale, ou que ce soit en terme de transfert radiatif : comment dans le cas d’une maille cylindrique comme celle de Pytmosph3R, traduire la part obscurcie par un massif au terminateur, et la part qui passe quand même ? Sachant que nos rayons d’échantillonnage peuvent l’intercepter, avec le problème donc d’avoir un "trou" dans le sous-parcours le plus important en termes de signature spectrale, et celui de l’estimation de la pression aux abords du dit relief. Comment rendre ce parcours représentatif ? Le module fonctionne bien en l’état pour des altitudes inférieures à celle du premier rayon d’échantillonnage au terminateur ω∆ρ mais est à repenser dans les autres cas.

Pour conclure sur ce chapitre, nous complétons le schéma scientifique que nous voulons mettre en place en développant un algorithme capable de produire des spectres en transmission à partir de simulations dynamiques 3D tels que des GCM pour ensuite en permettre l’inversion par un algorithme de traitement du signal tel que Tau-REx. Nous sommes entrés dans le détail de la structure, des méthodes adoptées et du fonctionnement de ce code, baptisé Pytmosph3R, permettant ainsi une meilleure prise en main et facilitant son utilisation et ses mises à jour, dans le cadre de cette étude comme par-delà.

Nous avons fourni un effort tout particulier à rendre Pytmosph3R le plus générique possi-ble vis-à-vis des simulations GCM dont nous souhaiterions obtenir un spectre en transmission. Son optimisation et son découpage ont grandement amélioré ses performances et la possibilité de l’intégrer aisément dans d’autres chaînes observationnelles. Les différents modules qui le con-stituent gèrent indépendamment les aspects atmosphériques, l’application des paramètres orbitaux, le calcul des opacités et l’exploitation des cartes de transmittance en vue de la génération des spec-tres. Nous pouvons aisément isoler chacune des contributions (moléculaire, continuum, diffusion Rayleigh et diffusion de Mie) et compléter la simulation d’un ensemble d’informations le plus ex-haustif possible et optimiser la phase d’interprétation des spectres, mais aussi de leurs inversions. Nous avions à coeur de conserver le maximum d’intermédiaires de calculs lors de la généra-tion des spectres. Ces mêmes intermédiaires peuvent être réutilisés pour interpréter l’impact de la structure atmosphérique sur le spectre final et c’est notamment ce qui sera effectué dans les Chapitres4 et 5. La conservation des profondeurs optiques et des caractéristiques de la maille cylindrique permettra de donner une estimation, à tout azimut et à toute longueur d’onde, de l’angle d’ouverture et des angles de pénétration (voir AnnexeA). Ces mêmes données intermé-diaires permettront de calculer des abondances et des températures moyennes tenant compte du poids radiatif des cellules de la maille cylindrique. Enfin, les cartes de transmittance sont probable-ment l’outil le plus puissant généré par Pytmosph3R car au-delà de leurs rôles dans la génération des spectres, elles s’ouvrent sur un champ d’étude plus large (courbes de lumière, entrée et sortie du transit primaire, modulation de l’intensité stellaire ...).

Avant d’être directement appliqué sur des simulations, nous avons validé Pytmosph3R et établi l’environnement optimal quant à l’exploitation de la chaîne de simulation des observations et de celles à venir.

Chapter 3

Validation du générateur de spectres et

discussions

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