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INSTITUT DE MÉCANIQUE CÉLESTE ET DE CALCUL
MINISTÈRE DE L’ÉDUCATION NATIONALE, DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE OBSERVATOIRE DE PARIS / BUREAU DES LONGITUDES INSTITUT DE MÉCANIQUE CÉLESTE ET DE CALCUL DES ÉPHÉMÉRIDES Unité de recherche UMR 8028 du CNRS RAPPORT D’ACTIVITÉ POUR 2000 – 2004 Paris, le 11 décembre 2004 Ce rapport est présenté par W. Thuillot, directeur. Il a été rédigé avec A. Vienne, directeur adjoint, en collaboration avec les équipes scientifiques. © IMC-Éditions, décembre 2004 SOMMAIRE Introduction .............................................................................................................................. 5 1. 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 Présentation de l’établissement ...................................................................................... Historique .......................................................................................................................... Objectifs et axes de recherche ........................................................................................... Le personnel de l’établissement ......................................................................................... Services généraux et équipes de recherche ........................................................................ Moyens de calcul informatique ......................................................................................... Budget et ressources .......................................................................................................... Conseils de l’IMCCE ......................................................................................................... Distinctions du personnel de l’établissement ..................................................................... Responsabilités extérieures du personnel de l’établissement ............................................. Formation du personnel ..................................................................................................... 7 7 7 12 15 17 19 20 22 23 24 2. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Rapport d’activité du Service des éphémérides ............................................................ Représentation des éphémérides ........................................................................................ Ouvrages imprimés – Service des éditions ........................................................................ Le service de renseignements astronomiques .................................................................... Élaboration des éphémérides à l’usage des professionnels ................................................ Les serveurs d’éphémérides électroniques ......................................................................... Les bases de données ......................................................................................................... Les relations avec les autres bureaux d’éphémérides et les laboratoires homologues ....... 27 27 28 32 33 35 36 37 3. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Rapport d’activité et projets des équipes de recherche ................................................ Mécanique Céleste théorique et appliquée (équipe MCTA) .............................................. Astrométrie et planétologie (équipe GAP) ........................................................................ Astronomie et systèmes dynamiques (équipe ASD) .......................................................... Laboratoire d’Astronomie de Lille (équipe LAL) ............................................................. Collaborations internationales et échanges ........................................................................ 39 39 50 66 91 95 4. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Publications scientifiques (2000-2004) ........................................................................... Revues à lecteurs ............................................................................................................... Colloques internationaux ................................................................................................... Conférences invitées .......................................................................................................... Articles dans des livres scientifiques ................................................................................. Publications et communications diverses .......................................................................... 97 97 102 111 115 116 5. Colloques et ateliers organisés par l’IMCCE ................................................................ 123 6. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 Activités de formation et d’enseignement ...................................................................... Enseignements à l’observatoire de Paris ........................................................................... Enseignements à Lille 1 ..................................................................................................... Autres enseignements universitaires .................................................................................. Formation par la recherche ................................................................................................ Devenir des étudiants du laboratoire ................................................................................. 127 127 129 130 130 135 7. 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 Séminaires, conférences et actions vers le public .......................................................... Séminaires Temps et Espace (SYRTE/IMCCE) ................................................................ Séminaires de l’équipe Astronomie et système dynamique ............................................... Groupe de travail « Formation du système solaire » .......................................................... Colloquium « Astronomie et dynamique des systèmes gravitationnels » .......................... Conférences et séminaires donnés à l’extérieur ................................................................. Interviews dans les médias ................................................................................................ Actions vers le public ........................................................................................................ 137 137 138 142 142 143 146 147 ANNEXE A : Évolution des effectifs de l’IMCCE sur la période 1980-2020 .......................... 151 INTRODUCTION Créé par le décret du 2 juin 1998, l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE) a succédé au Service des calculs et de mécanique céleste du Bureau des longitudes. Le Bureau des longitudes, chargé depuis la loi du 7 messidor an III, de publier annuellement les annuaires, calendriers et éphémérides astronomiques nécessaires aux besoins des organismes publics confie la production de ses ouvrages à l’IMCCE. Mais cet institut est avant tout un laboratoire de recherche dans le domaine de la mécanique céleste, de l’étude des systèmes dynamiques et de l'astrométrie. Ses travaux assurent, en particulier, la qualité de ses éphémérides. Il collabore à la recherche spatiale et possède un rôle d'expert au plan international. L’IMCCE comprend actuellement dix-sept chercheurs, astronomes ou enseignants chercheurs, quinze ingénieurs ou techniciens en poste permanent. Il accueille régulièrement stagiaires et étudiants : huit thèses sont actuellement en préparation dans les équipes scientifiques du laboratoire. Il comprend plusieurs équipes de recherche, dont une équipe pluridisciplinaire regroupant astronomes et mathématiciens et dépend ainsi principalement du département Sciences de l’univers (section 17) mais aussi du département Sciences Physiques et Mathématiques (section 1). Il est une unité mixte de recherche, l’UMR 8028 du CNRS. Ce rapport d’activité couvre la période allant de début 2000 à 2004, période durant laquelle le laboratoire s’est installé en tant qu’institut de l’observatoire de Paris de prérogatives similaires à celles des instituts dits de l’article 33 de la loi des universités. Cette phase d’installation a institutionnalisé un lien fort avec l’observatoire de Paris. L’IMCCE compte poursuivre sa politique de collaboration scientifique avec les équipes de cet établissement travaillant sur des thèmes proches. Il souhaite continuer activement sa politique de diffusion des connaissances auprès du public en liaison avec le service de communication de l’observatoire, et tient à assurer au mieux la mission de production de données astronomiques que lui a confiée son décret de création. Le présent rapport montre la diversité des travaux de recherche réalisés dans l’établissement. Il donne un bilan des résultats obtenus dans ses domaines de prédilection : la mécanique céleste, l’astrométrie dans le système solaire ainsi que dans des domaines très liés, les mathématiques, la planétologie. Ce rapport met aussi en valeur des collaborations scientifiques avec le domaine spatial, dans le cadre de préparations de missions mais aussi au travers de contrats de recherche menés pour l’ESA ou le CNES dans un cadre de R&D logiciels. À côté de travaux de recherche d’audience internationale, on verra la vitalité des activités de service. L’IMCCE fournit des informations astronomiques aux organismes officiels français ou étrangers qui le sollicitent, aux astronomes préparant ou analysant des observations, aux agences spatiales et, d’une manière générale, au public grâce à son service de renseignements. L’IMCCE occupe une place importante parmi les quelques bureaux d’éphémérides mondiaux du fait de l’originalité de ses travaux. Notons aussi l’implication importante des chercheurs de l’établissement dans l’enseignement dans le Master de l’observatoire de Paris mais aussi dans les différents niveaux d’enseignement des universités Paris 7, Paris 6, Paris 11, Paris 13, Lille 1, ainsi que dans la formation des enseignants du secondaire (UFE de l’observatoire de Paris). La vitalité de l’IMCCE et le maintien de son expertise ne pourront être conservés dans l’avenir qu’en recrutant des étudiants, actuellement en post-doc ou encore en thèse, qui viendront combler le déficit des effectifs chercheurs dû aux départs en retraite ou aux décès de ces dernières années. Une politique volontariste des instances de recrutement et le soutien des tutelles devraient l’éviter et permettre la bonne mise en œuvre des projets prioritaires de l’établissement. W. Thuillot, Directeur de l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides, UMR8028 du CNRS 1. PRÉSENTATION DE L’INSTITUT DE MÉCANIQUE CÉLESTE ET DE CALCUL DES ÉPHÉMÉRIDES 1.1. HISTORIQUE L’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE) a été institué par décret du 2 juin 1998. Ce décret a modifié celui de l’observatoire de Paris pour y créer cet institut de prérogatives similaires à celles d’un institut de l’article 33 de la loi des universités. L’IMCCE a ainsi succédé au Service des calculs et de mécanique céleste du Bureau des longitudes qui existait depuis 1961, date à laquelle A. Danjon a demandé à J. Kovalevsky de prendre la direction du service des calculs de l’époque afin d’en faire également un laboratoire de recherche. Cette transformation, justifiée par les besoins de la recherche spatiale et astronomique, a permis de faire de ce laboratoire un organisme reconnu internationalement pour la qualité des travaux qui y sont développés et d’en faire notamment l’interlocuteur privilégié du CNES pour la préparation des missions spatiales. B. Morando puis J. Chapront ont succédé à J. Kovalevsky. J.-E. Arlot a assuré la direction de l’établissement du 1 janvier 1993 au 31 décembre 2002. W. Thuillot lui a succédé le 1 janvier 2003. Depuis 1961, le laboratoire a été associé au CNRS et est devenu une Unité de Recherche Associée en 1979. En 1992, le service évoluait à nouveau : une Jeune équipe « Astronomie et Systèmes Dynamiques » (SDU, SPM) dirigée par A. Chenciner était créée au sein du laboratoire. Cette Jeune équipe, a été intégrée en 1996 dans l’Unité CNRS sous la forme de l’équipe pluridisciplinaire Astronomie et Systèmes Dynamiques (ASD). En 1998 l’équipe des mécaniciens célestes de l’université de Lille a été officiellement rattachée à l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides et est maintenant l’une des équipes scientifiques du laboratoire, l’équipe du « Laboratoire d’Astronomie de Lille » (LAL). La direction de l’unité CNRS, l’Unité Mixte du CNRS UMR 8028 depuis 2003, est assurée par W. Thuillot. Suite à sa transformation de 1998, l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides a, bien entendu, conservé la mission de produire les éphémérides du Bureau des longitudes. Le lien avec le Bureau des longitudes (BDL), entité académique, est conservé notamment à travers l’élaboration de certains ouvrages d’éphémérides mais aussi par la participation de membres du BDL aux conseils du laboratoire et la prérogative du président du BDL de proposer la nomination du directeur au président de l’observatoire. 1.2. OBJECTIFS ET AXES DE RECHERCHE Ce paragraphe donne une brève description des objectifs et axes de recherche du laboratoire. Ceux-ci sont illustrés par plusieurs « faits saillants ». L’ensemble est plus amplement développé dans la suite de ce rapport. L’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE) est un lieu privilégié où s’effectuent des recherches liées à la mécanique céleste sous ses formes théoriques et appliquées et aux sciences connexes. Ses objectifs incluent l’étude du mouvement des corps du système solaire, planètes et petits corps du système solaires, l’origine et l’évolution de ces systèmes, l’étude 7 mathématique des systèmes gravitationnels et l’application de modélisations dynamiques à ces systèmes, l’astrométrie et la planétologie. Plusieurs de ces travaux de recherche sont effectués dans le cadre de projets spatiaux et internationaux. Pour sa mission de service, les objectifs du laboratoire sont de maintenir une expertise et une activité spécifique pour l’élaboration et la diffusion d’éphémérides de haute précision. L’IMCCE est donc amené à mettre en œuvre une grande part de ses recherches pour cet objectif, de concevoir des éphémérides adaptées aux besoins des utilisateurs et d’être attentif au développement des nouvelles technologies de diffusion d’information scientifique. 1.2.1. Éphémérides L’IMCCE a la mission de publier annuellement les éphémérides des corps du système solaire. Il développe des recherches pour maintenir la plus grande précision des éphémérides qu’il fournit à la communauté astronomique française et aux organismes de recherche spatiale, et qui lui permettent d’entretenir une réputation d’expert sur le plan national et international. Ouvrages d’éphémérides L’établissement s’attache à développer un service de diffusion des éphémérides : • • • • pour les astronomes professionnels, pour la préparation ou l’exploitation des missions spatiales, pour les besoins des organismes nationaux, pour répondre à la demande des particuliers et des organismes privés. L’IMCCE publie plusieurs éphémérides annuelles : • • • • • • la Connaissance des Temps, l’Annuaire du Bureau des longitudes, les éphémérides Nautiques, les éphémérides Aéronautiques, des suppléments à la Connaissance des Temps consacrés aux satellites naturels, des Notes cométaires. Ces publications sont en constante évolution. La Connaissance des Temps, l’une des grandes éphémérides internationales destinées aux astronomes professionnels est maintenant accompagnée d’une Introduction aux éphémérides, supplément explicatif à la Connaissance des Temps. Une refonte profonde de ces ouvrages est en cours. Elle a été entamée en 2003 pour la Connaissance des Temps et se poursuivra pour l’ouvrage permanent. Éphémérides électroniques L’établissement distribue également des données sur supports informatiques. Très tôt il a su mettre en place un serveur à la disposition du public (serveur minitel ouvert en 1991). Il a ensuite réalisé à partir de 1994 la mise en place de serveurs sur Internet (serveur Web http://www.imcce.fr et serveur anonyme ftp://ftp.imcce.fr). Il s’agit notamment de mettre des calculs en ligne à disposition des utilisateurs d’éphémérides. Ce moyen de diffusion est particulièrement actif et nécessite un effort et une organisation spécifique. Le serveur Web est d’ailleurs restructuré en 2004 et une nouvelle formule sera mise en service en décembre. Il devrait prendre encore davantage d’ampleur dans le cadre du projet d’Observatoire Virtuel. 8 1.2.2. Activités de recherche Faits saillants Les activités de recherche de l’IMCCE ont conduit à des faits saillants dans les domaines des mathématiques, de la mécanique céleste et de la planétologie. Nous citerons notamment sur la période 2000-2004 les résultats suivants plus amplement développés au chapitre 3 par chaque équipe concernée : Théorie de la rotation de la Terre - Prix européen R. Descartes : la théorie de la rotation de la Terre rigide SMART97 intégrant simultanément la précession et la nutation et donnant une solution analytique des 3 angles d’Euler a été améliorée. La solution pour la Terre rigide donne des précisions de 0.02 µas sur 50 jours, 2.2 µas sur un intervalle de temps 50 ans (meilleure que les 5 µas demandés par l’UAI) et 12 µas sur 150 ans. Une solution pour une Terre non rigide a été développée. Une grande partie de ces travaux ont valu à P. Bretagnon, J.-L. Simon et P. Rocher, de l’équipe MCTA, d’être lauréats du prix européen René Descartes 2003 au sein d’un groupe international mené par V. Dehant (Observatoire Royal de Belgique) Mathématiques et mécanique céleste théorique : nouveaux développements de la fonction perturbatrice ; élaboration de nouvelles méthodes dans le problème des configurations centrales ; un résultat fin de stabilité en temps fini au voisinage d’un point fixe elliptique ; la découverte de nouvelles solutions périodiques du problème des quatre corps par des méthodes variationnelles, l’élaboration d’une « dynamique projective » visant à synthétiser certains phénomènes liés à la gravitation ; une étude complète des structures résurgentes des séries formelles apparaissant dans deux problèmes de dynamique (courbes invariantes d’une application de Hénon et une certaine équation de Hamilton-Jacobi) ; une nouvelle approche des problèmes d’écart exponentiellement petit des variétés invariantes d’un système hamiltonien ; de nouvelles conjectures sur les systèmes séculaires, et des ébauches de résolution de ces conjectures dégageant des faits fondamentaux nouveaux sur le problème de Kepler. Solutions périodiques du problème des trois corps : démonstration de l’existence de solutions périodiques du problème des trois corps, où les corps se poursuivent indéfiniment sur une même courbe plane en forme de « huit » (Annals of Mathematics 152, 881, 2000), et émergence de résultats qui ont suivi, présentés en particulier à l’occasion d'une conférence invitée au Congrès International de Mathématiques en 2002 et d’une conférence plénière au Congrès International de Physique Mathématique en 2003. Diffusion dans les systèmes hamiltoniens : clarification des problèmes de diffusion dans les systèmes hamiltoniens et des exemples originaux de diffusion d’Arnold dans le cas Gevrey non analytique (Pub. IHES, 96, 199-275, 2002). Physique des accélérateurs de particules : réalisation avec l’équipe de l’Advanced Light Source (Berkeley) de la première carte en fréquence expérimentale d’un accélérateur de particules (Phys. Rev. Lett., 85, 558, 2000) Première étude paléoclimatique des calottes polaires de Mars : le travail réalisé par Laskar, Levrard et Mustard (2002) est une étude détaillée de l’évolution passée de l’orbite et de l’orientation de Mars pour expliquer la formation de l’alternance des couches brillantes et sombres des régions polaires par la contrainte climatique orbitale de la planète. Pour cela a été menée une analyse combinée d’imagerie à haute résolution des couches polaires, de la topographie haute résolution et le calcul des paramètres orbitaux et rotationnels de Mars. Elle a montré qu’une corrélation existe entre les propriétés réflectives des couches de glace en tant que fonction de la profondeur et les variations d’insolation en été au pôle arctique martien. Cette étude, similaire à celle des paléoclimats terrestres menée dans la même équipe, a révélé un taux de dépôt de 0.05 cm/an pour les premiers 250m de la calotte polaire nord. 9 Évolution à long terme des paramètres de rotation des planètes Mercure et Vénus : grâce à des simulations numériques extensives, Correia et Laskar (2004) ont montré que la capture de Mercure dans la résonance spin-orbite 3/2 est l’état final le plus probable pour cette planète avec 55.4 % de chances de se produire. Les autres possibilités sont la capture dans la résonance 1/1 (2.2 %), comme pour le système Terre-Lune, la capture dans la résonance 2/1 (3.6 %), ou l’absence de capture (38.8%). La capture temporaire dans des résonances d’ordre plus élevé (5/2 ou 3/1 par exemple) est possible, mais aucune de ces résonances ne subsiste pendant toute la durée de l’intégration, car ces résonances sont déstabilisées quand l’excentricité de Mercure diminue (ici encore par diffusion chaotique), vers des valeurs très faibles. Correia, Laskar et Néron de Surgy (2003) avaient aussi montré que la rotation rétrograde de Vénus s’explique par les différents effets dissipatifs en jeu et la présence d’une zone chaotique importante résultant de l’influence des perturbations planétaires. Théories planétaires : réalisation de la théorie TOP du mouvement des quatre grosses planètes Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune et de la planète Pluton avec des développements sous forme de séries de Poisson d’une seule variable angulaire fonction linéaire du temps. Cette représentation permet de garder une grande précision sur plusieurs milliers d’années pour les grosses planètes. Amélioration de la théorie VSOP (P. Bretagnon) du mouvement des huit planètes principales où les solutions sont développées sous forme de séries de Poisson des longitudes moyennes des planètes. Elle a été construite dans le cadre de la relativité générale. Le travail a été ensuite repris par A. Fienga et J.-L. Simon et a permis de traiter les perturbations par Pluton, et celles de 290 astéroïdes sur Mars sous une forme particulièrement simple issue de la théorie TOP. Mise en place d’un intégrateur symplectique pour le développement d’une nouvelle théorie planétaire numérique qui aura une très grande stabilité sur des intervalles de temps très longs (plusieurs millions d’années) et une très grande précision sur des intervalles de temps courts (quelques dizaines d'années). Systèmes de référence : en collaboration avec l’observatoire de Rio, résolution de problèmes fondamentaux de raccordements entre repères de référence ; suivi optique de sources extragalactiques dans l’hémisphère sud et dans l’hémisphère nord dans le but d’estimer les effets systématiques des catalogues stellaires et astrométriques actuels et futurs (GAIA). Les premiers résultats de cette étude (Fienga et Andrei, 2002) ont été la première détection de 6 contreparties optiques de sources ICRF ainsi que la mise en évidence d’erreurs de zone importantes du catalogue USNO A2.0 dans l’hémisphère nord. Modélisation dynamique et physique des essaims météoritiques et prédiction des pluies de météorites : un nouveau modèle physique et dynamique des essaims météoritiques a été développé et appliqué à l’essaim des Léonides et celui des Pi-Puppides. Cette étude met en évidence pour la première fois, la création de lacunes et des phénomènes de repliements de courants météoritiques dus aux effets perturbateurs de rapprochements planétaires qui expliquent les imprécisions des prédictions d’activité météoritiques constatées jusqu’à présent (Vaubaillon et al., 2003, 2004). Ce modèle a permis d’améliorer considérablement la prédiction des dates des maximums d’activités et celle du niveau même de cette activité. Études dynamique et observationnelle des satellites galiléens de Jupiter : cette étude comprend trois domaines de recherche concomitants : la coordination de campagnes internationales d’observation de phénomènes mutuels, la modélisation dynamique du système, l’application de ce nouveau modèle à l’étude des marées joviennes. Ainsi une campagne internationale PHEMU03 a permis de réaliser et collecter plus de 300 observations de ces phénomènes. Un nouveau modèle dynamique de haute précision des satellites galiléens de Jupiter a été développé (Lainey et al. 2004a, 2004b) il a été validé par comparaison aux observations de phénomènes mutuels (Vasundhara et al. 2003). Son application à l’étude des effets de marée dans le système de Jupiter permet de mesurer les paramètres de la morphologie interne des satellites (Tobie et Lainey, 2004). Études dynamique de satellites planétaires : des modélisations dynamiques de plusieurs satellites naturels ont pu être étudiés à partir d’observations astrométriques de grande qualité, essentiellement réalisées aux télescopes de 1.2m de l’OHP ou de 1.6m et 0.6m de Itajuba (Brésil). C’est le cas du 10 satellite de Saturne Phoébé (Fienga et al. 2002, Arlot et al. 2003) dont un modèle orbital numérique a été construit. Les satellites Lagrangiens de Saturne dont peu d’observations existent ont pu être étudiés et leur théorie réexaminée (Oberti et Vienne 2003). La théorie analytique TASS du système des satellites principaux de Saturne a également bénéficié de nouvelles observations de haute précision (Peng et al. 2002, Veiga et al. 2003). Des phénomènes rares d’éclipses du satellite Amalthée de Jupiter, interne à l’orbite de Io, ont été prédits (Vachier et al. 2002). Des observations réalisées à l’ESO en optique adaptative du petit satellite d’Uranus Puck, premières observations depuis le sol, ont permis de calculer des caractéristiques orbitales (Descamps et al. 2002). De même le petit satellite de Neptune Proteus a pu être étudié malgré la proximité de la planète et le contraste en magnitude (Vieira Martins et al. 2004). Étude orbitale d’astéroïdes binaires en collaboration avec l'observatoire de Lick (USA) en optique adaptative, et sur programme d’observation au Keck et VLT : une collaboration internationale a été menée (Marchis et al. 2003) pour étudier des systèmes de satellites d’astéroïdes. Elle a permis d’obtenir des données de haute résolution angulaire par optique adaptative de l’astéroïde 22 Kalliope et de son satellite Linus sur une longue période (télescope Shane de 3-m de l’observatoire de Lick, VLT, Keck). De ce fait une étude orbitale de ce satellite a pu être menée pour la première fois permettant d’estimer la porosité de l’objet. Études photométriques d’astéroïdes et occultations stellaires par des objets du système solaire : différents travaux ont porté sur des études photométriques d’astéroïdes. Au T1m du Pic du Midi, des campagnes d’observations ont été menées en collaboration avec l’observatoire de Poznan et ont permis l’étude de paramètres de rotation d’astéroïdes et la détection de binaires par observation de phénomènes d’éclipses (Michalowski et al., 2002, 2004). Des campagnes d’observation d’occultations stellaires par des astéroïdes, par des satellites naturels (Sicardy et al. 2004), ou par des objets de Kuiper (Roques et al. 2003) ont été menées. Un colloque international ESOP2004 conjointement organisé par l’IMCCE, le LESIA et l’International Occultation Timing Association (IOTA) s’est tenu sur ces sujets en 2004 avec le soutien du CS de l’observatoire de Paris. Préparation de la mission d’astrométrie spatiale GAIA : une activité soutenue est menée à l’IMCCE pour contribuer à la préparation de la mission spatiale GAIA et ses objectifs d’exploration du système solaire. Plusieurs chercheurs sont membres des Working Groups GAIA notamment du Solar System WG et du Relativity and Reference Frame WG. Fienga et al. (2003) ont montré que la masse de près de 100 astéroïdes pourra être déterminée lors de rapprochements entre astéroïdes. Des simulations précises des observations et observables GAIA (détection et positionnement, mesures de diamètres) tenant compte de l’évolution du « design » de l’instrument ont été réalisées, permettant ainsi de montrer cartains impacts scientifiques de la mission (Hestroffer 2002a, Hestroffer 2002b, Kaasalainen et al. 2004, Hestroffer et Berthier 2004). Axes prospectifs Les équipes de recherche de l’IMCCE comptent approfondir le développement des activités dans les champs cités ci-dessus et en explorer de nouveaux. On peut souligner l’importance de quelques uns des axes les plus prometteurs. Ils concernent la modélisation dynamique des systèmes planétaires, celle des systèmes de satellites des planètes et astéroïdes, l’exploitation des observations de haute résolution angulaire, et celle des observations spatiales. Le chapitre 3 donnera au lecteur des informations complémentaires sur l’ensemble de ces projets. Nous citerons notamment : - Le développement d’une modélisation numérique planétaire de très haute précision sera réalisé grâce, à la fois, à la prise en compte d’effets faibles dans le modèle physique, à la mise au point d’intégrateurs adaptés et à l’ajustement sur des observations astrométriques de précision, notamment des observations issues de missions spatiales. Ce projet devrait devenir, c’est notre espoir, une référence du domaine. - Fruit de l’expertise historique du laboratoire, les travaux analytiques pour perfectionner les 11 théories analytiques planétaires, la théorie de rotation de la Terre et les théories des systèmes de satellites naturels devront également se poursuivre. Elles pourront être appliquées à l’étude d’effets physiques faibles encore peu connus (par exemple certains effets de marée). - Les travaux de dynamique sur le très long terme ont ouvert un domaine nouveau induisant une interaction très intéressante entre géophysiciens et astronomes, et permettant une analyse combinée des comportement des planètes et l’étude des paléoclimats. Les résultats ci-dessus en montrent la richesse. - L’exploration des systèmes de planètes extrasolaires sera réalisée sur le fondement des outils développés pour l’étude de l’évolution dynamique des systèmes planétaires sur le long terme. - Dans les domaines des études mathématiques, des directions de recherche se dessinent concernant le problème des n corps, l’étude des configurations centrales, celle des systèmes hamiltoniens, les problèmes de non intégrabilité. - Dans le domaine observationnel, l’accès à la haute résolution spatiale est l’objet du développement de nouveaux champs d’investigation, l’exploration de l’astrométrie et de la dynamique des systèmes de satellites d’astéroïdes en est une belle illustration. Ce domaine sera exploré plus avant mais de façon concomitante à des observations sur le long terme qui donnent accès à d’autres études spécifiques : étude d’objets sur alerte (objets géocroiseurs, comètes), campagnes d’obser-vations de phénomènes. - Un accent particulier sera mis sur la poursuite d’un travail prometteur et couronné de succès sur l’étude des essaims météoritiques. Les objets géocroiseurs seront également étudiés, tant du point de vue de la modélisation que de l’observation. L’objectif étant de contribuer en collaboration internationale à l’étude des risques dus à l’environnement terrestre. - Les missions spatiales sont l’occasion d’accéder à des données d’une qualité exceptionnelle et l’IMCCE contribue, grâce à certaines de ses compétences, à la préparation de ces missions. La mission GAIA dans la préparation de laquelle l’IMCCE s’est beaucoup investie, sera encore plus au centre des préoccupations de ses équipes. Concernant des aspects davantage reliés aux activités de service et de recherche et développement, l’IMCCE se doit d’investir l’énergie correspondant aux enjeux du projet Observatoire Virtuel. Un vaste projet propre aux objets du système solaire a été défini dans le laboratoire et est déjà entamé. Les prochaines années devraient permettre de réaliser là une grande avancée qui bénéficiera non seulement aux actions de diffusion d’information au niveau mondial mais aussi à certaines applications de recherche, notamment la fouille d’archives concernant les objets du système solaire. 1.3. LE PERSONNEL DE L’ÉTABLISSEMENT En octobre 2004, l’IMCCE comporte 49 personnes dont 32 sur poste permanent, répartis en les catégories suivantes : - 6 chargés de recherche et directeurs de recherche du CNRS, - 6 astronomes et astronomes adjoints, - 5 maîtres de conférences et professeurs des universités, - 1 enseignant chercheur associé (PAST) - 8 étudiants en thèse, allocataires MEN - 7 ingénieurs de recherche, ingénieurs d’études et assistants ingénieurs du CNRS, - 1 technicien du CNRS, - 1 assistant ingénieur de recherche et formation du MEN 12 - 6 techniciens de recherche et de formation du MEN 4 CDD 1 vacataire 3 étudiants postdoctoraux Depuis 2000, diverses évolutions ont eu lieu au sein du laboratoire, nous en donnons un bref résumé. • Les mouvements de personnels chercheur et enseignants chercheurs suivants ont eu lieu : - • décès de Pierre BRETAGNON, astronome, le 17/11/2002 départ en retraite d’Irène STELLMACHER, professeur, au 1/8/2003 recrutement d’Agnès FIENGA, astronome adjoint au 1/9/2002 Les mouvements de personnels ITA/ITARF : Départs - SATRE Germaine, IE en calcul scientifique, départ en retraite le 1/9/2001 - LE GUYADER Claude, IE en calcul scientifique, départ en retraite le 31/01/2003 - SIMON Dominique, AI, gestionnaire, mutation NOEMI le 1/1/2003 - HEURTIER Michel, technicien ITARF/TCN, départ en CFA le 1/8/2002 - TELLIER Michel, technicien ITARF/TCN, mutation le 1/1/2004 - COUREN Mickael, technicien ITARF/TCN, départ le 1/1/2004 suite à un concours - RENAUDINEAU Jacky, IE, départ en retraite le 6/12/2004 Recrutements - DUHAMEL Philippe, ITARF/TCN, concours 1/2/2003 - LECUBIN Julien, IE, « administration systèmes réseaux » arrivé le 1/12/2003 - BIRLAN Mirel, IE « calcul scientifique », par mutation NOEMI, arrivé le 1/1/2004 - NICOLAS Isabelle, AI « gestion administrative », arrivée le 1/12/2004 en remplacement de D. Simon mutée au 1 janvier 2003, remplacée par Ch. Herraud CDD jusqu’en septembre 2003, puis par N. Petchnikow CDD jusqu’au 30 novembre 2004 - TOUCHET Luc, technicien, secrétariat administratif et scientifique, arrivé le 1/12/2004 en remplacement de M. Tellier - BAKABADIO Christian, assistant ingénieur « développeur d’applications » arrivé le 1/12/2004 en remplacement de M. Couren Mouvements de CDD et vacataires - ALAMI Jamal, CDD Technicien recruté en février 2004 jusqu’en avril 2004, sur le poste de M. Heurtier - ANTOLAK Marzena, CDD Technicienne recrutée en mai 2004 jusqu’en novembre 2004, sur le poste de M. Tellier - BABOUSSI Wahida, Technicienne vacataire du 13 novembre au 13 décembre 2004, pour des traductions du serveur Web - CASVIGNY Nathalia, CDD Technicien sur support observatoire et vacations, contribue à la mise en place de la bibliothèque, depuis le 1 avril 2004 - CLOUET Céline, Technicienne vacataire pour la bibliothèque en juillet 2004 - DAVID Jean-Sébastien, CDD Technicien recruté en mars 2004 jusqu’en novembre 2004, sur le poste de M. Couren - HERRAUD Christelle, CDD AI, gestionnaire remplaçant D. Simon, recrutée de septembre 2002 à septembre 2003, démissionnaire en septembre 2003 - LAINEY Valéry, CDD IE, cadre de « Observatoire Virtuel » du 1 décembre 2003 au 31 mars 2004 - MUSELLI Bettina, vacataire de l’observatoire de septembre à novembre 2001 - NORMAND Jonathan, CDD IE, développeur d’applications Web, cadre de l’opération « VT2004 : passage de Vénus devant le Soleil », du 5 janvier 2004 au 31 décembre 2004 13 • PALLARES Cécile, CDD bibliothécaire, du 1 octobre au 31 décembre 2002 PETCHNIKOW Natalie, CDD AI, gestionnaire remplaçant Ch. Herraud, recrutée en juillet 2003 sur CDD jusqu’en novembre 2004 VACHIER Frédéric, CDD IE, cadre de « Observatoire Virtuel » du 15 septembre 2004 au 31 décembre 2004 La liste du personnel au 1 décembre 2004 est la suivante : ALBOUY Alain, chargé de recherche, CNRS ARLOT Jean-Eudes, directeur de recherche, CNRS BAKABADIO Christian, assistant ingénieur de recherche et de formation, MENRT BARON Nicole, technicien, CNRS BERTHIER Jérôme, ingénieur de recherche BIRLAN Mirel, ingénieur d'études, CNRS BONNAVENTURE – MARTINEZ Maryse, technicien de recherche et de formation, MENRT CHENCINER Alain, professeur des universités COLAS François, chargé de recherche, CNRS DEROUAZI Thérèse, technicien de recherche et de formation, MENRT DESCAMPS Pascal, astronome adjoint DUHAMEL Philippe, technicien de recherche et de formation, MENRT DURIEZ Luc, maître de conférence FEJOZ Jacques, maître de conférence FIENGA Agnès, astronome adjoint GASTINEAU Mickaël, ingénieur de recherche, CNRS HESTROFFER Daniel, astronome adjoint LASKAR Jacques, directeur de recherche, CNRS LECUBIN Julien, ingénieur d'études, CNRS LEMAITRE Sylvie, assistant ingénieur de recherche et de formation, MENRT MONTINTIN Alain, ingénieur d'études, CNRS NICOLAS Isabelle, assistant ingénieur, CNRS NIEDERMAN Laurent, maître de conférence NORMAND Jonathan, CDD IE RAOULT Viviane, technicien de recherche et de formation, MENRT RENAUDINEAU Jackie, ingénieur d'études, CNRS ROBUTEL Philippe, chargé de recherche, CNRS ROCHER Patrick, astronome RUATTI Christian, ingénieur d'études, CNRS SAUZIN David, chargé de recherche, CNRS SIMON Jean-Louis, astronome THUILLOT William, astronome TOUCHET Luc, technicien de recherche et de formation, MENRT VACHIER Frédéric, CDD IE VIENNE Alain, maître de conférence L’établissement comprend également des chercheurs associés, des enseignants et des chercheurs postdoctoraux. Au 1 octobre 2004, cette liste comprend les personnes suivantes : ANDREI Alexandre, observatoire de Rio, chercheur associé CNRS BEC-BORSENBERGER Annick, astronome, retraitée, chercheur associé EMELIANOV Nicolaï, Institut Sternberg de Moscou, chercheur associé CNRS JOUTEL Frédéric, professeur en classes préparatoires LAINEY Valéry, postdoctorant à l’observatoire de Bruxelles LEVRARD Benjamin, enseignant chercheur ENS Lyon VAUBAILLON Jérémie, postdoctorant à NASA Ames VIEIRA-MARTINS Roberto, observatoire de Rio, enseignant chercheur associé PAST 14 Les étudiants préparant une thèse sous la direction de chercheurs du laboratoire sont à cette date : BODOSSIAN Julien, étudiant en thèse, allocataire MENRT CELLI Martin, étudiant en thèse, ATER, université Paris 13 COUETDIC Jocelyn, étudiant en thèse, allocataire MENRT MANCHE Hervé, étudiant en thèse, allocataire MENRT MORIN Guillaume, étudiant en thèse, allocataire MENRT MOURET Serge, étudiant en thèse, allocataire MENRT NOYELLES Benoît, étudiant en thèse, allocataire MENRT ROBADEY Anne, étudiante en thèse, allocataire MENRT 1.4. SERVICES GÉNÉRAUX ET ÉQUIPES DE RECHERCHE Les missions de recherche et de service sont effectuées par l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides par l’intermédiaire de plusieurs services généraux et par ses équipes de recherche. Les différentes structures du laboratoire sont articulées de la façon suivante : • La direction de l’IMCCE et de l’UMR8028 est assurée par W. Thuillot depuis le 1 janvier 2003. • Une équipe de direction appuie l’action du directeur : Alain Vienne est directeur adjoint ; J. Renaudineau, assistant de direction chargé de mission jusqu’en novembre 2004, S. Lemaître lui succède à partir de décembre ; N. Petchnikow, CDD assurant la gestion financière et comptable du laboratoire jusqu’en novembre 2004, I. Nicolas lui succédant à partir de décembre. • Des équipes de recherche, au nombre de quatre, réunissent les chercheurs du laboratoire. Les ITA et ITARF ne sont en général pas affectés aux équipes. Ils restent sous la responsabilité directe du directeur. Si certains, de par la nature de leur fonction, peuvent se trouver particulièrement liés à une équipe, l’ensemble des ITA et ITARF se doit de contribuer au fonctionnement du laboratoire et aux activités de service de façon transverse aux équipes. • Un service d’éphémérides, dont la direction incombe au directeur de l’IMCCE et qui s’appuie sur les responsabilités des services suivants : - Connaissance des temps : J.-L. Simon et A. Fienga - Annuaire du BDL/Éphémérides astronomiques : D. Hestroffer - Éphémérides nautiques : S. Lemaître et V. Raoult - Éphémérides aéronautiques : J. Berthier et V. Raoult - Serveur Web d’éphémérides : P. Descamps - Serveur Minitel : P. Rocher et Ph. Duhamel - Renseignements astronomiques : P. Rocher • Des services généraux assurant le fonctionnement logistique du laboratoire. 1.4.1. Services généraux et service d’éphémérides de l’Institut de mécanique céleste - L’administration et la gestion de l’établissement sont assurées temporairement par N. Petchnikow depuis juillet 2003. I. Nicolas, lauréate d’un concours AI CNRS prend sa succession au 1 décembre 2004. Un demi poste, assuré jusqu’en novembre 2004 par M. Antolak, CDD technicien, permet d’aider à la gestion de l’IMCCE. L. Touchet, recruté technicien de recherche et de formation prend sa succession à partir de décembre 2004. 15 - Le secrétariat est assuré par M. Bonnaventure-Martinez. - Le service des renseignements astronomiques est sous la responsabilité de P. Rocher qui a pris en 2003 la succession de P. Bretagnon. Il est assisté dans cette fonction par M. Bonnaventure-Martinez et Ph. Duhamel. - Le service informatique est sous la responsabilité de A. Montintin assisté de J. Lecubin et de Ch. Ruatti ainsi que d'un groupe de travail dénommé « groupe informatique ». - Le serveur Minitel est sous la responsabilité de P. Rocher, assisté de Ph. Duhamel. - Les serveurs sur Internet sont sous la responsabilité scientifique de P. Descamps, webmestre scientifique, assisté d'un groupe de travail dénommé « groupe serveurs ». La fonction de webmestre technique a été assurée par M. Couren, puis J.-S. David, CDD, jusqu’en novembre 2004. Ch. Bakabadio, assistant ingénieur MEN, prend sa succession à partir de décembre 2004. - La bibliothèque est sous la responsabilité scientifique de J.-L. Simon qui a succédé à A. Albouy en 2003. Il est assisté de Th. Derouazi pour la responsabilité technique et de N. Casvigny (en CDD). - L’édition et la diffusion des publications officielles d’éphémérides sont sous la responsabilité de S. Lemaître, assistée de Th. Derouazi et V. Raoult pour la coordination des relations avec les éditeurs et de l’ensemble des problèmes techniques propres à chaque publication en étroite collaboration avec les responsables scientifiques des ouvrages : - La Connaissance des Temps, sous la responsabilité de J.-L. Simon et A. Fienga, assistés de V. Raoult et Ch. Ruatti. - Les Suppléments à la Connaissance des Temps, sous la responsabilité de J.-E. Arlot, W. Thuillot, A. Bec-Borsenberger et P. Rocher assistés de Th. Derouazi et Ch. Ruatti. - L’Annuaire du Bureau des longitudes, sous la responsabilité de D. Hestroffer, assisté de J. Berthier, Th. Derouazi, S. Lemaître, V. Raoult, Ch. Ruatti, P. Rocher et J.-L. Simon. - Les éphémérides Nautiques, sous la responsabilité de S. Lemaître et V. Raoult, assistées de Th. Derouazi. - Les éphémérides Aéronautiques, sous la responsabilité de J. Berthier et V. Raoult. 1.4.2. Équipes de recherche de l’Institut de mécanique céleste L’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides comprend quatre équipes de recherche dont les activités sont décrites dans le chapitre 3 de ce rapport. Ces équipes et leurs membres sont les suivants : Mécanique céleste théorique et appliquée (MCTA) : Agnès FIENGA (depuis mars 2004), Hervé MANCHE, Patrick ROCHER, Jean-Louis SIMON. Groupe astrométrie et planétologie (GAP) : Jean-Eudes ARLOT, Annick BEC-BORSENBERGER, Jérôme BERTHIER, François COLAS, Pascal DESCAMPS, Daniel HESTROFFER, Valéry LAINEY, Serge MOURET, William THUILLOT, Frédéric VACHIER, Jérémie VAUBAILLON, Agnès FIENGA (jusqu’en mars 2004). 16 Astronomie et systèmes dynamique (ASD) : Alain ALBOUY, Julien BODOSSIAN, Martin CELLI, Alain CHENCINER, Jocelyn COUETDIC, Jacques FEJOZ, Mickaël GASTINEAU, Frédéric JOUTEL, Jacques LASKAR, Hervé MANCHE, Guillaume MORIN, Laurent NIEDERMAN, Anne ROBADEY, Philippe ROBUTEL, David SAUZIN. Laboratoire d'astronomie de Lille (LAL) : Luc DURIEZ, Valéry LAINEY, Benoît NOYELLES, Alain VIENNE. La structuration en équipes nécessitera à très court terme une réflexion en raison de changements advenus dans le laboratoire : départ en retraite de I. Stellmacher (LAL, août 2003), décès de P. Bretagnon (MCTA, nov. 2002). Cependant la composition actuelle respecte une certaine logique qui n’est pas un obstacle aux collaborations transversales. Le problème principal est surtout celui du renforcement des effectifs et du renouvellement des chercheurs (voir Annexe A). Il faut noter à ce propos que le poste de professeur de I. Stellmacher n’a pas encore été remis à l’affichage par l’université Lille 1 pour l’équipe LAL, malgré des démarches du directeur soutenu par les conseils de l’IMCCE. 1.5. MOYENS DE CALCUL INFORMATIQUE L’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides a, par vocation, des besoins importants en ressources informatiques. Les travaux de recherche en mécanique céleste et dynamique du système solaire exigent généralement un volume de calcul important. De plus la mission d’élaboration et de diffusion des éphémérides nécessite d’assumer le flux des demandes extérieures et le maintien de la qualité des sources servant à construire les éphémérides. Le progrès des technologies de ce domaine nous oblige par ailleurs à une adaptation constante. Le bon fonctionnement du service informatique est donc fondamental pour le déroulement des activités liées à la mission de l’IMCCE. Le laboratoire a poursuivi le développement de ses moyens informatiques pendant cette dernière période. Ce travail est piloté par le responsable informatique aidé par le Groupe informatique, groupe de travail décrit plus loin. Du point de vue des machines, le service de calcul comprend actuellement 10 serveurs de type SUN sous Solaris et 5 serveurs IBM Risc 6000 sous AIX, ainsi que 2 stations VAX sous Open VMS. Parmi elles, 10 stations ont plus de cinq ans. À ces moyens de calcul, il faut ajouter 35 postes de travail terminaux légers dont 20 datant de plus de cinq ans, 3 imprimantes monochrome (1 QMS QMS3260, 2 QMS-MINOLTA PagePro9100), et 1 imprimante couleur (QMS Magicolor 6100) connectées sur le réseau. Par ailleurs, deux photocopieuses (Rank Xerox DCS220/230ST) munies d’une interface réseau font usage d’imprimante de masse. En outre, 10 ordinateurs personnels PC de bureau sont connectés sous TCP/IP, auxquels il faut ajouter 10 ordinateurs portables. Il faut noter que deux équipes de l’IMCCE disposent de matériels dédiés qui n’entrent que partiellement dans cette demande : • l’équipe Astronomie et systèmes dynamiques (ASD) dont les besoins spécifiques (études de dynamique sur le très long terme) ont nécessité un matériel informatique d’équipe connecté sur le réseau : La ressource principale actuelle de cette équipe est une grappe de stations alpha/compaq XP1000 formant une machine parallèle virtuelle de calcul intensif (MV2). La grappe se compose actuellement de 11 nœuds (7 XP1000 monoprocesseurs + 2 DS20 bi-processeurs). La configuration a été acquise sur quatre ans. L’équipe dispose aussi de 1 PC sous linux (bi-Pentium III, serveur de terminaux), 1 PC sous linux (bi-Xeon, serveur de fichiers, disque de 309To), 1 station alpha 433au généraliste, 2 stations IBM 17 (RS6000/370 de 1994 et une RS6000/390 de 1995), en fin de vie, conservées pour les programmes développés sur cette architecture identique à celle du CINES, 1 serveur BULL Novascale 4040 sous linux (quadri-itanium2, machine de calcul intensif), 15 terminaux X windows. Le tout est connecté à l’aide d’un réseau Ethernet 100 baseT. L’équipe ASD fait appel au SP3 du CINES et au cluster compaq de l’IDRIS pour effectuer des exploitations lourdes, bien rodées nécessitant un temps de CPU important. Les machines du GDR de calcul formel Medicis situées à l’école Polytechnique sont aussi sollicitées pour des problèmes ponctuels nécessitant un logiciel de calcul algébrique installé sur une machine possédant une grande mémoire. Cette équipe a aussi été utilisatrice de la machine MPOPM de l’observatoire. • l’équipe du Laboratoire d’astronomie de Lille (LAL), composée d’enseignants chercheurs de l'université de Lille et installée dans des locaux de cette université, à l’observatoire de Lille, et relié à l’université par une ligne spécialisée. La structure du réseau de l’IMCCE a été développée en réservant chaque machine à des tâches spécifiques de façon à optimiser le fonctionnement. Cet équipement a permis d’assurer la montée en puissance des serveurs du laboratoire sur Internet (serveur de calcul d’éphémérides http://www.imcce.fr, serveur ftp anonyme ftp://ftp.imcce.fr et serveurs de base de données NSDC et APDB décrits plus loin) et la réalisation de la majorité des travaux effectués ces dernières années. La très forte sollicitation du serveur Web lors des événements astronomiques de portée grand public, tels que le passage de Vénus devant le Soleil du 8 juin 2004, a pu ainsi être convenablement supportée par ce matériel. Ce réseau informatique a continué de se développer et a connu ces dernières années les étapes de développement principales suivantes : 2002 : serveur de calcul IBM Pseries 620 Mod. 6F1 (1ère phase), renouvellement du parc terminaux légers, serveur Linux, PC bureautique dédié à la gestion laboratoire, baie RAID pour stockage de données d'observations. 2003 : serveur IBM Pseries (2ème phase), serveur SUN Fire 280R (calcul d’éphémérides des petits corps), jouvence serveur Bureautique collective, PC service édition + logiciels PAO, Jouvence imprimantes. 2004 : serveur IBM Pseries (dernière phase), jouvence serveur portail Internet : SUN V440 quadriprocesseur, migration serveur de messagerie : SUN Fire V210, baie de stockage grande capacité données utilisateurs, jouvence terminaux légers, robot de sauvegarde pour l’équipe de Lille, protection électrique de la salle informatique. Les principales orientations pour les années à venir concerneront l’équipement en matériel approprié pour la mutation vers les hauts débits du réseau local et l’augmentation des performances des serveurs sur Internet. Il faut en particulier noter l’adéquation du matériel informatique avec des opérations en cours de développement, notamment celui de la modélisation dynamique et physique des objets du système solaire pour le projet Observatoire Virtuel. L’IMCCE tient à maintenir ce potentiel et à en assurer un développement cohérent en bon accord avec les évolutions des activités de service et les activités scientifiques. 18 1.6. BUDGET ET RESSOURCES Depuis le 2 juin 1998, l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides a un budget annexé à celui de l’observatoire de Paris. Ce budget annuel a été ces dernières années (hors coupes et gels) d’une hauteur moyenne de 260 k€ HT et s’est réparti comme suit : • Budget contractualisé : o contrat quadriennal de recherche, chapitre 6671, fonctionnement et équipement pour 23% o contrat d’association avec le CNRS pour 16% • Budget non contractualisé : o Fonctionnement du service d’éphémérides, chapitre 3611 pour 54% o Ressources propres pour environ 4% o BQR pour environ 3% Crédits spécifiques d’équipement informatique L’IMCCE est en charge d’un service national d’intérêt collectif, labellisé par l’Institut des Sciences de l’Univers dans le cadre du service d’observation « Métrologie de l’espace et du temps » parmi les six services d’observation nationaux du département d’Astronomie. Le calcul des éphémérides nationales et les travaux de recherche en mécanique céleste et astrométrie qui y sont intimement liés, s’appuient évidemment principalement sur l’efficacité des équipements informatiques de ce service de calcul. C’est pourquoi dans le contrat quadriennal 1998-2001, et après expertise due à la création de sa nouvelle structure d’institut, était installée une ligne budgétaire spécifique de 30 keuros/an que justifient les besoins de mise à niveau et de maintenance d’un service de calcul dans le cadre du soutien en équipement à la mission d’élaboration des éphémérides. Mais à la constitution du contrat 2002-2005, ce crédit spécifique du contrat précédent a été malencontreusement omis et ce n’est qu’en novembre 2003 que des crédits, mais correspondant uniquement aux trois premières années, ont été attribués hors contrat. Pour la prochaine période du plan quadriennal 2006-2009, nous souhaitons attirer l’attention du Ministère de l’Éducation nationale de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche, sur l’importance qu’il y a à maintenir cette ligne budgétaire fléchée indispensable au bon fonctionnement de ce service. Réponses à des appels d’offre Les programmes nationaux de l’INSU (PNP) lancent des appels d’offre auxquels nous répondons et qui nous procurent des crédits supplémentaires pour certaines actions spécifiques ciblées. Contrats Du fait de son rôle d’expert dans le domaine de la dynamique du système solaire, le laboratoire a obtenu des contrats de recherche de la part de l’ESA, du CNES et de la CEE. L’IMCCE a ainsi bénéficié d’un contrat avec Astrium (navigation autonome), de trois contrats CNES (navigation spatiale, approche Martienne, risques dus aux essaims météoritiques) et d’un contrat européen (Science et société) pour l’éducation à l’astronomie à travers la préparation à l’observation du passage de Vénus en juin 2004. Ressources propres La vente des ouvrages imprimés et la diffusion des informations sur Minitel procurent des reversements de crédits d’un montant modeste mais qu’il convient de signaler. 19 1.7. CONSEILS DE L’IMCCE Le décret 98-446 modifiant le décret 85-715 du 10 juillet 1985 relatif à l’observatoire de Paris, instituant l’IMCCE a imposé (selon l’article 13) la constitution d’un conseil de l’Institut (CIMC). De même, conformément au règlement intérieur adopté par le conseil d’administration de l’observatoire de Paris du 20 janvier 1999, un conseil scientifique (CS), des commissions spécialisées et une assemblée générale ont été instaurés. La mise en place initiale de cette structure s’est faite en 1999 et son renouvellement a eu lieu en 2003. Une commission électorale composée de J.-L. Simon, président, M. Gastineau, Ch. Herraud, D. Hestroffer, J. Renaudineau, a été constituée et le scrutin a eu lieu le 3 juin 2003. Les réunions de ces deux nouveaux conseils ont eu lieu, - pour le Conseil d’institut : le 1 décembre 2003 et le 6 avril 2004 - pour le Conseil scientifique : le 26 juin 2003, le 8 janvier 2004 et le 7 juin 2004 1.7.1. Conseil d’institut L’Institut de mécanique céleste, selon le décret du 2 juin 1998, est administré par un conseil, le CIMC. Ce conseil est composé de dix-huit membres et est présidé par le directeur. Le conseil d’institut s’intéresse en particulier à l’examen des activités de service et de son budget, et aide à la réflexion sur les moyens mis en œuvre. - Les membres élus lors des élections du 4 juin 2003 : Collège chercheurs : F. Colas, P. Descamps, J. Laskar, D. Sauzin Collège ingénieurs-techniciens : J. Berthier, M. Gastineau, S. Lemaître, A. Montintin Collège étudiants : M. Celli - Les membres de droit : W. Thuillot (directeur, président du CIMC), S. Débarbat (présidente du BDL) F. Barlier (vice-président du BDL) P. Bauer (secrétaire du BDL) A. Lebeau (BDL) - Les membres avec voix consultative : A.Vienne (directeur adjoint) A.-M. Routhe (agent comptable de l´Observatoire) - Les membres nommés : B. Sicardy (représentant le directeur de l’INSU) S. Chaintreuil (CA de l’observatoire de Paris) 1.7.2. Conseil scientifique Le conseil scientifique émet notamment des avis sur les activités et programmes scientifiques et sur la politique de recrutement. - Les membres élus lors des élections du 4 juin 2003 : Collège chercheurs : A. Fienga D. Hestroffer, J. Laskar, P. Rocher Collège ingénieurs-techniciens : J. Berthier, S. Lemaître Collège étudiants : M. Celli 20 - Les membres de droit : W. Thuillot (directeur, président du CS) S. Débarbat (présidente du BDL) - Les membres nommés : C. Soubiran (nommé par le directeur de la recherche du Ministère) M. Fulchignoni (nommé par le directeur scientifique du département SDU) F. Mignard (nommé par la section 14 du CNRS) J.-M. Petit (nommé par la section Astronomie du CNAP) - Les membres extérieurs cooptés : F. Combes (LERMA/observatoire de Paris) P. Exertier (OCA) - Un membre avec voix consultative : A. Vienne, (directeur adjoint) 1.7.3. Commissions et groupes de travail Plusieurs commissions et groupes de travail permettent d’aborder des problèmes pratiques de fonctionnement du laboratoire. La composition de plusieurs d’entre eux a été réactualisée en 2003 et 2004, ces structures sont les suivantes : • Commission des éphémérides La commission des éphémérides est chargée de réfléchir avec les responsables des publications au contenu et à l’évolution des éphémérides ; d’organiser toute réunion, séminaire, consultation des utilisateurs, utiles à l’amélioration du contenu et de la forme des éphémérides ; de proposer de nouvelles publications si le besoin apparaît ; de faire des propositions afin d’assurer une bonne diffusion des éphémérides élaborées par l’Institut. L’action de la commission est menée dans l’esprit des décisions du Bureau des longitudes conformément à son rôle de définition des missions qu’il confie à l’Institut. La commission rend compte de son activité au conseil de l’Institut et au conseil scientifique. Sa composition est la suivante : • membres de droit : W. Thuillot, directeur, A. Vienne, directeur adjoint responsables de publications : P. Descamps (Web), D. Hestroffer (Annuaire), J.-L. Simon (Connaissance des Temps), A. Fienga (Connaissance des Temps), P. Rocher (Minitel), S. Lemaître (éditions) membres nommés : F. Mignard (OCA, CS), J.-E. Arlot (nommé par le directeur), un membre peut être nommé par le CIMC Commission d’avancement des ITA L’Institut de mécanique céleste est pourvu d’une commission locale d’avancement des ITA. Cette commission est consultée par le directeur sur toutes les propositions d’avancement de corps et de grade au choix. Elle est composée de huit membres, le directeur, le directeur adjoint, deux représentants désignés par le directeur, parmi les membres du laboratoire et quatre représentants du personnel élus par l’ensemble des ingénieurs, techniciens et administratifs. Cette commission est composée de : - membres de droit : W. Thuillot, directeur, A. Vienne, directeur adjoint membres nommés : S. Lemaître, J.-E. Arlot membres élus : M. Bonnaventure-Martinez, M. Gastineau, V. Raoult, (1 siège non pourvu) 21 • Commission doctorale Cette commission est chargée d’assurer le suivi des étudiants en thèse, post-doc et des stagiaires au sein de l’Institut et d’organiser l’aide à leur travail personnel. Cette commission est constituée des membres suivants : - membres de droit : W. Thuillot, directeur, M. Celli membres représentant les équipes : F. Colas, J. Laskar, A. Vienne, A. Fienga • Commission hygiène et sécurité La commission hygiène et sécurité propose les règles à suivre pour l’utilisation des matériels et veille au bon aménagement des locaux. Elle travaille en relation étroite avec la commission hygiène et sécurité de l'observatoire de Paris. Sa composition est la suivant : - membres : M. Bonnaventure-Martinez (ACMOHS), J. Renaudineau • Groupe informatique Ce groupe est chargé de la réflexion et du suivi du développement informatique, de la prospective et de la préparation des dossiers de demande de financement, en collaboration avec le responsable informatique et la direction de l'établissement. Il est composé des membres suivants : - membres : A. Montintin (responsable informatique, coordinateur), N. Baron, J. Berthier, F. Colas, M. Gastineau, J. Lecubin, P. Rocher, J.-L. Simon, W. Thuillot • Groupe serveurs Ce groupe est chargé de la réflexion sur le développement des serveurs sur Internet, de la coordination de l’implantation des données sur le serveur anonyme, du développement du service interactif d’éphémérides sur le serveur WWW. Il est composé des membres suivants : - membres : P. Descamps (responsable scientifique du serveur Web, coordinateur), J.-E. Arlot, N. Baron, J. Berthier, J.-S. David (responsable technique du Web), F. Colas, Ph. Duhamel, M. Gastineau, S. Lemaître, A. Montintin, P. Rocher, J.-L. Simon, W. Thuillot 1.8. DISTINCTIONS DU PERSONNEL DE L’ÉTABLISSEMENT Des chercheurs de l’IMCCE ont été distingués récemment : - - 22 J. Laskar a été élu membre de l’Académie des sciences en 2003 P. Bretagnon (décédé en 2002), J.-L. Simon et P. Rocher, de l’équipe « Mécanique céleste théorique et appliquée » ont été membres d’une équipe européenne réunissant des spécialistes de la modélisation de la nutation terrestre, dirigée par Véronique Dehant, observatoire de Bruxelles, qui s’est vue honorée en 2003 par le prix « Descartes », prix européen du cadre Science et société du 6ème PCRDT B. Levrard est lauréat du prix Le Monde de la recherche universitaire 2004 1.9. RESPONSABILITÉS EXTÉRIEURES DU PERSONNEL DE L’ÉTABLISSEMENT J.-E. Arlot - Membre et président de la CSE de l’observatoire de Paris - Membre des conseils d’administration et scientifique de l’observatoire de Paris - Directeur adjoint du service UNICOM de communication de l’observatoire de Paris (2002-2003) - Coordinateur de l’opération européenne VT-2004 coordonnée par l’ESO - Membre correspondant du Bureau des longitudes - Membre des commissions 4, 7, 8 et 20 de l’Union astronomique internationale - Président du Working Group « Satellites naturels » de la commission 20 de l’UAI - Membre du comité d’évaluation du Centre de compétence technique du CNES en mécanique orbitale J. Berthier - Correspondant ITA de l’IMCCE auprès du Cercle des compétences mis en place à l’observatoire de Paris dans le cadre du projet Observatoire Virtuel - Membre élu du CA de l’association T60 (gestion du télescope de 60 cm de l’observatoire du Pic du midi dédié à la communauté astronomique amateur - Membre du Centre de compétence technique du CNES en mécanique orbitale A. Chenciner - Président de la Commission des Thèses de l’U.F.R. de Mathématiques de l’université Paris VII - Membre du bureau éditorial de Nonlinearity et membre du bureau éditorial de la série « Grundlehren der Mathematischen Wissenschaften » (Springer) P. Descamps - Secrétaire général du CNFA J. Féjoz - Membre titulaire de la commission de spécialistes de l’Université P. & M. Curie A. Fienga - Membre du Working Group « Precession and the Ecliptic » de l’UAI - Membre du GAIA Working Group « Relativity and Reference Frame » D. Hestroffer - Membre du GAIA « Solar System » Working Group - Membre du GAIA « relativity & reference frame » Working Group - Membre du GAIA « simulation working group » Working Group J. Laskar - Membre des commissions 4 et 7 de l’Union astronomique internationale - Membre de l’Académie des Sciences - Membre du Comité éditorial de Nonlinearity - Membre du Comité éditorial de Celestial Mechanics - Membre du conseil scientifique de l’Institut de Physique du Globe de Paris (1998-2004) - Membre de la commission des thèses de l’observatoire de Paris - Coordinateur du contrat CEE Stability and Universality in Classical Mechanics jusqu’en 2000 L. Niederman - Membre suppléant, depuis 1998, de la Commission de Spécialistes (section 25) de l’université Paris-XIII Villetaneuse - Membre du jury de l’agrégation externe de Mathématiques (1998 et 2002) - Membre du jury de concours commun Centrale/Supélec (2004) 23 - Membre suppléant de la Commission de Spécialistes (section 25/26) de l’I.U.F.M. de Versailles Ph. Robutel - Membre élu de la CSE de l’observatoire de Paris (1999-2001 et 2002-2005) - Membre nommé de la CSE de Paris VII (section 34) (2001-2003) P. Rocher - Membre du Centre de Compétence Technique du CNES en Mécanique Orbitale D. Sauzin - Coordinateur d’un Projet d’Action Intégrée (PAI) entre Paris et Barcelone (programme « Picasso » du Ministère des Affaires Étrangères) - Membre des commissions de spécialistes des universités Paris 6 et d’Angers de 1998 à 2001, et de celle de l’université de La Rochelle de 2001 à 2003 - Membre du jury de l’agrégation externe de mathématiques depuis la session de 2001 - Membre de la commission de spécialistes de l’université Lille 1 (sect. 25-26-34) J.-L. Simon - Membre des commissions 4 et 7 de l’Union astronomique internationale - Membre du Working Group « Cartographic Coordinates and Rotational Elements of the Planets and Satellites » de l’UAI et du COSPAR - Membre du Working Group « Non rigid Earth nutation theory » de l’UAI - Membre du Working Group « Precession and the Ecliptic » de l’UAI - Membre du GAIA Working Group « Relativity and Reference Frame » - Membre correspondant du Bureau des longitudes W. Thuillot - Membre des commissions 4, 7, 8 et 20 de l’Union astronomique internationale - Membre des conseils d’administration et scientifique de l’observatoire de Paris - Membre élu du Conseil National des Astronomes et Physiciens (1997-2003), membre du bureau du CNAP, vice président - Membre du Centre de compétence technique du CNES en mécanique orbitale - Membre du GAIA Solar System Working Group - Membre du Conseil Scientifique du Centre de Données de Strasbourg (2004) A. Vienne - Membre élu de la CSE 26-34 de Lille 1 de 2001 à 2004 - Membre élu du CNU depuis 1995 1.10. FORMATION DU PERSONNEL L’IMCCE/UMR8028 a son activité principalement tournée vers le calcul scientifique, et en particulier la production, la publication et diffusion de données. L’évolution des techniques et la modification des tâches à accomplir entraîne un besoin de formation pour le personnel pour augmenter son efficacité et ses compétences. Les compétences à acquérir et les principaux besoins en formation se trouvent dans les domaines suivants : Administration : sécurité du travail ; gestion et négociation des contrats ; gestion du laboratoire ; initiation à l’encadrement d'une équipe. Personnel : stage de culture générale ; aide à la préparation aux concours ; préparation à la retraite. 24 Informatique : administration, maintenance et évolution des réseaux ; serveur Web sur Internet ; initiation et perfectionnement au système UNIX ; bases de données ; programmation C, C++ ; perfectionnement sur micro, formation à Windows NT. Diffusion de l’information : techniques de l’édition ; moyens de diffusion de l’information ; approche au monde de l’Édition ; réalisation de posters ; publication d’un texte scientifique ; vulgarisation de la recherche ; préparation aux médias ; initiation à la technique graphique. Rédaction d’articles, relations internationales : maîtrise des langues étrangères ; formation aux débats. Pour le laboratoire le plus important est d’acquérir les compétences liées à sa gestion, au développement des ressources informatiques et des nouvelles technologies, à ses missions de service d’élaboration et de diffusion de données soit sous forme papier, soit sous forme électronique. Dans ce contexte, les points considérés comme prioritaires dans le plan de formation sont les suivants : - diffusion des données par Internet, langage html, cgi-bin et bases de données ; - gestion des contrats ; - techniques de l’édition ; - vulgarisation de la recherche ; - formation aux débats dans une langue étrangère. Sur les deux dernières années et dans le cadre du Plan de Formation Permanente de l’IMCCE, il a été constaté la participation suivante : • 10 ITA ont participé aux formations : - IDL Les WIDGETS - LINUX - Hygiène et sécurité : ACMO, manipulation d’extincteurs - Recyclage de sauveteurs, secourisme du travail - WINDOWS 2000 administration - UNIX/LINUX administration - Linus sécurité - Médiatix (formation sur les métiers du livre) - Formation PHP - Langage HTML - DREAMWEAVER - Création d’un site WEB - Module gestionnaire XLAB - Administrateur de site Internet/Intranet - Configuration, Administration, Sécurité d’un Serveur Apache - Préparation à la retraite • 7 chercheurs ont participé aux formations : - École thématique : Dynamique des corps célestes non ponctuels et des anneaux - École thématique, comme intervenant - Cours d’Italien - Formation à la prise de fonction de Directeur d’unité - Léonid Mac Workshop - International Météor Conférence - Cours d’Anglais 25 26 2. RAPPORT D’ACTIVITÉ DU SERVICE DES ÉPHÉMÉRIDES Créé par la loi du 7 messidor an III (25 juin 1795), le Bureau des longitudes a reçu pour mission de « publier un annuaire propre à régler ceux de la République ». Depuis cette date, il est donc chargé de déterminer et diffuser toutes les informations d’origine astronomique utiles à la communauté nationale (éphémérides, calendriers, navigation céleste, ...). Cette tâche, réalisée tout d’abord par le Service des calculs du Bureau des longitudes, est aujourd’hui celle de l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides. La mission confiée à l’Institut est définie par le Bureau des longitudes, aujourd'hui restreint à une académie de 13 membres titulaires et 32 membres correspondants, de divers horizons (astronomes, géophysiciens, géographes, marins, ...). L’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides, outre un service de recherche développant en particulier les travaux nécessaires au maintien de la qualité des éphémérides publiées, comprend un service des éphémérides mis en place pour assurer le calcul, la mise en forme, la publication et la diffusion des éphémérides du Bureau des longitudes et des informations connexes. Il est nécessaire dans ce cadre de prendre en compte les derniers développements utiles dans le domaine des théories analytiques propres à notre laboratoire (notamment les théories planétaires VSOP 200x de P. Bretagnon, X. Moisson et A. Fienga, la théorie TASS des satellites de Saturne de A. Vienne et L. Duriez, la théorie L1 des satellites galiléens de V. Lainey), mais aussi ceux éventuellement réalisés ailleurs. Ainsi, une contribution importante de N. Emelianov (Institut Sternberg, Moscou) qui effectue des séjours réguliers dans le laboratoire, permet de fournir des éphémérides de nombreux petits satellites planétaires. Ce travail est donc en constante évolution et les activités concernant les éphémérides électroniques (principalement par le moyen du serveur web) continuent en particulier d’en représenter une grande part. Il est primordial que ce lien entre la production d’éphémérides et la recherche soit entretenu pour assurer la plus grande qualité des données qui sont diffusées ainsi. - Le service des éphémérides assure la fabrication et la diffusion sur les supports suivants : ouvrages imprimés publiés annuellement (service des éditions) ouvrages imprimés permanents (service des éditions) service de renseignements au public par courrier postal, par téléphone et par courrier électronique service de calculs à la demande pour les professionnels serveur Minitel serveur d’éphémérides sur Internet bases de données 2.1. REPRÉSENTATION DES ÉPHÉMÉRIDES Selon les ouvrages, les éphémérides des corps du système solaire publiées annuellement par l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides sont représentées sous forme d’éphémérides tabulées ou à l’aide de fonctions d’approximation. 27 2.1.1. Les éphémérides tabulées Les éphémérides, qui traduisent le mouvement des objets du système solaire dans les publications astronomiques, apparaissent le plus souvent sous la forme de tables horaires, journalières ou mensuelles. L’intervalle tabulaire est fonction de la rapidité de la variation de la quantité ou du phénomène qu’on cherche à représenter. On parle alors d’éphémérides tabulées. Ces éphémérides sont très faciles à utiliser lorsqu’on n’a besoin que d’une faible précision : une lecture directe ou une interpolation à vue suffit pour repérer un objet dans le ciel ou dater approximativement un phénomène. Mais lorsqu’on cherche à atteindre une grande précision dans l’évaluation d’une quantité, l’interpolation linaire devient insuffisante et il faut utiliser des formules d’interpolation dont la complexité augmente avec la précision requise. Pour que les tables soient vraiment interpolables avec une grande précision, il faut, de plus, avoir un intervalle tabulaire d’autant plus petit que la quantité que l’on représente varie rapidement. On est alors amené à calculer les fonctions pour un grand nombre de dates et à publier un volume important de données tout en demandant à l’utilisateur la mise en œuvre d’un calcul d’interpolation laborieux, difficilement programmable sur micro-ordinateur. C’est pourquoi ce type de représentation n’est utilisé que pour des ouvrages publiant les coordonnées des corps du système solaire avec une précision moyenne (Annuaire du Bureau des longitudes, éphémérides Nautiques, éphémérides Aéronautiques). 2.1.2. Fonctions d’approximation Avec le développement de la micro-informatique, la simplicité de la formulation n'est plus une donnée essentielle de l’élaboration d’éphémérides. Pour construire des éphémérides de haute précision on préfère représenter les coordonnées des corps célestes sous forme de fonctions d’approximation valables sur de grands intervalles de temps plutôt que sous forme de tableaux de valeurs calculées à des dates très rapprochées. On peut ainsi obtenir une grande précision avec un volume minimum de données, au prix d’un calcul simple sur une calculatrice de poche ou un micro-ordinateur. Nous utilisons deux types de fonctions. D’une part les polynômes de Tchebychev qui, parmi les différents types d’approximations polynomiales, conduisent à la meilleure approximation et permettent une estimation simple de l’erreur provenant des termes négligés. L’approximation par les polynômes de Tchebychev est bien adaptée à la représentation des coordonnées du Soleil, de la Lune et des planètes. D’autre part les fonctions mixtes du temps (agrégats de fonctions polynomiales et trigonométriques), bien adaptées aux satellites naturels des planètes ayant un mouvement rapide. Ces deux types de fonctions d’approximation sont utilisés dans nos éphémérides de haute précision (Connaissance des temps et ses suppléments). 2.2. OUVRAGES IMPRIMÉS – SERVICE DES ÉDITIONS Le nombre d’ouvrages imprimés à publier annuellement nous oblige à disposer d’un service d’édition performant capable d’agir dans un cadre de travail à échéances strictes, nos publications annuelles ne souffrant aucun retard du fait des besoins des utilisateurs. Ce service nous permet également de publier des ouvrages à caractère non périodique, ouvrages de fond ou ouvrages de vulgarisation. Il assure les relations avec les éditeurs et les imprimeurs, mais aussi l’édition complète de certains ouvrages, depuis la réalisation jusqu’à la diffusion. 28 2.2.1. Ouvrages publiés annuellement (J.-E. Arlot, J. Berthier, M. Bonnaventure, M. Couren, Th. Derouazi, A. Fienga, D. Hestroffer, M. Heurtier, S. Lemaître-Pottier, V. Raoult, P. Rocher, Ch. Ruatti, J.-L. Simon, W. Thuillot, A. Vienne) 2.2.1.1. Connaissance des Temps La Connaissance des Temps fournit, avec une grande précision, les positions du Soleil, de la Lune, des planètes, des satellites de Mars, des satellites galiléens de Jupiter, des huit premiers satellites de Saturne et des cinq principaux satellites d’Uranus. Elle contient également une méthode permettant d’effectuer les prédictions des phénomènes des satellites galiléens de Jupiter. Les coordonnées des corps célestes y sont représentées sous une forme bien adaptée à une programmation simple sur calculatrice ou sur micro-ordinateur. La Connaissance des Temps utilise des théories modernes ajustées aux meilleures observations, ainsi que le système des constantes recommandé par l’Union Astronomique Internationale. L’ouvrage comporte 149 pages de tableaux et 35 pages de texte explicatif, en français et en anglais ; il est accompagné d'une disquette. Il faut noter qu’une transformation profonde de cet ouvrage a été entamée en 2003 pour la version de 2004. Cette refonte de la Connaissance des Temps est décrite ci-dessous (cf. 2.2.2). Dates de parution : Connaissance des Temps pour : pour 2001 : mars 2000 ; pour 2002 : mars 2001 ; pour 2003 : mars 2002 ; pour 2004 : juin 2003 ; pour 2005 : octobre 2004. Édition : Depuis l’édition de 1996, la Connaissance des Temps est éditée par EDP Sciences. 2.2.1.2. Suppléments à la Connaissance des Temps Phénomènes et configurations des satellites galiléens de Jupiter Ces suppléments fournissent les phénomènes des satellites galiléens pour l’année en cours et les coefficients de Tchebychev pour calculer les phénomènes de l’année suivante ; ils contiennent aussi les configurations des satellites galiléens (précision 5 à 10 sec.). Ils sont diffusés par l’Association Française d’Astronomie (AFA) et par l’IMCCE. Dates de parution : Suppléments à la Connaissance des Temps, Phénomènes et configurations des satellites pour 2001: décembre 2000 ; pour 2002 : décembre 2001 ; pour 2003 : décembre 2002 ; pour 2004 : décembre 2003. Édition : Cet ouvrage est publié par l’IMCCE (IMC-Éditions). Configurations des huit premiers satellites de Saturne Ces suppléments contiennent les configurations des huit premiers satellites de Saturne (précision 10 à 15 sec.). Pendant la durée de la période favorable à l’observation des phénomènes de ces satellites, ils en diffusent également les prédictions. Ils sont diffusés par l’Association Française d’Astronomie (AFA) et par l’Institut de mécanique céleste. Dates de parution : Suppléments à la Connaissance des Temps, Configurations des huit premiers satellites de Saturne pour 2001: décembre 2000 ; pour 2002 : décembre 2001 ; pour 2003 : décembre 2002 ; pour 2004 : décembre 2003. Édition : Cet ouvrage est publié par l’IMCCE (IMC-Éditions). Éphémérides des satellites faibles de Jupiter et de Saturne Ces suppléments fournissent les éphémérides des satellites J VI, J VII, J VIII et J IX de Jupiter et du satellite S IX de Saturne, Phoebé. Elles donnent, sous forme de coefficients de polynômes de Tchebychev, les valeurs des coordonnées équatoriales astrométriques géocentriques. 29 Dates de parution : Suppléments à la Connaissance des Temps, Éphémérides des satellites faibles de Jupiter et de Saturne pour 2001: décembre 2000 ; pour 2002 : décembre 2001 ; pour 2003 : décembre 2002 ; pour 2004 : décembre 2003. Édition : Cet ouvrage est publié par l’IMCCE (IMC-Éditions). 2.2.1.3. Éphémérides Nautiques Les Éphémérides Nautiques, éditées à l’usage des marins, contiennent les angles horaires et les déclinaisons du Soleil, de la Lune et des planètes Vénus, Mars, Jupiter et Saturne, ainsi que l’angle horaire du point vernal. Ces coordonnées sont données heure par heure, à la précision du dixième de minute. Les Éphémérides Nautiques contiennent, en outre, les heures de levers et couchers du Soleil et de la Lune, pour 26 latitudes comprises entre 70° Nord et 56° Sud. Dates de parution : Éphémérides Nautiques pour 2001 : juin 2000 ; pour 2002 : juin 2001 ; pour 2003 : juin 2002 ; pour 2004 : juin 2003 ; pour 2005 : juin 2004. Édition : Les volumes de 1996 et 1997 de l’ouvrage ont été édités et diffusés par Dunod, ceux de 1998 et les suivants par Édinautic. 2.2.1.4. Annuaire du Bureau des longitudes - Éphémérides Astronomiques Ces éphémérides de moyenne précision fournissent les positions du Soleil, de la Lune, des planètes et de leurs satellites, des astéroïdes et des comètes ainsi que des explications et des données pour l’observation de la surface du Soleil et des planètes. Elles contiennent également des cartes du ciel, une liste des constellations et les positions et occultations des étoiles, des données sur les éclipses de Soleil et de Lune, des données sur les phénomènes astronomiques et sur les calendriers. Deux chapitres donnent toutes les précisions nécessaires sur les définitions générales et le mode d’emploi des éphémérides de position. En 2004, la diffusion de cet ouvrage a été reprise par EDP-Science. Le titre est devenu : Guide de données astronomiques – Annuaire du Bureau des longitudes. Dates de parution : Annuaire-Éphémérides Astronomiques pour 2001 : juin 2000 ; pour 2002 : juin 2001 ; pour 2003 : juin 2002 ; pour 2004 : juin 2003 ; pour 2005 : juin 2004. Édition : L’éditeur Masson a assuré la diffusion de cet ouvrage jusqu’en 2003 pour l’éphéméride 2004. À partir de 2004 l’éditeur est EDP-Science. L’impression est confiée à l’imprimerie Jouve depuis 1993. 2.2.1.5. Éphémérides Aéronautiques Cet ouvrage est publié deux fois par an, sous la responsabilité du Bureau des longitudes, à la demande du Ministère de la Défense, afin de donner à l’armée de l’air française et à ses correspondants étrangers les éléments nécessaires à la détermination de la position de l’avion en vol par les méthodes de navigation astronomique. 2.2.1.6. Agenda astronomique Un agenda, incluant des éphémérides et destiné au grand public, est élaboré annuellement par l’IMCCE depuis 2000 et diffusé dans le cadre des opérations de communication de l’observatoire de Paris. L’opération est coordonnée par S. Lemaître, responsable des éditions. Il contient des éphémérides de basse précision, des informations scientifiques de culture générale et des informations propres aux recherches de l’observatoire et de ses laboratoires. En 2004, la version 2005 est diffusée par EDP-Science. 30 2.2.2. Refonte de la Connaissance des Temps (A. Fienga, J.-L. Simon, W. Thuillot en collaboration avec D. Gambis, SyRTE/observatoire de Paris) En 2003, nous avons entamé une refonte complète de l’éphéméride principale de l’IMCCE, la Connaissance des temps. Ce travail doit durer environ trois ans et permettra de diffuser les éphémérides issues des théories planétaires et des théories de satellites les plus précises, issues des dernières théories développées à l’IMCCE. Il comprend deux changements novateurs, d’une part l’introduction de textes scientifiques sur des sujets d’astronomie fondamentale, d’autre part la diffusion d’éphémérides de haute précision sur support informatique (CDROM). Les éphémérides sous forme de coefficients polynômiaux sur papier, qui ne conviennent plus aux utilisateurs possédant en grande majorité des ordinateurs personnels, seraient alors remplacées par des tabulations à but uniquement d’archivage ou d’information globale sur le mouvement annuel des objets. Un comité de rédaction composé de W. Thuillot, J.-L. Simon, A. Fienga et D. Gambis, a rassemblé les contributions de plusieurs spécialistes internationaux et constitué la partie scientifique. En 2004, le nouvel ouvrage incluant 150 pages de textes scientifiques fournissant les explications théoriques les plus précises sur les éléments d’astronomie fondamentale a été constitué et sera publié en novembre. La partie des éphémérides proprement dite inclut la prise en compte des modèles IAU 2000 de précession et IAU 2000A de nutation, conformément aux récentes résolutions de l’UAI et donne des éphémérides des satellites de Saturne issues de la dernière théorie (TASS). L’étape suivante sera de poursuivre l’introduction de nouveaux modèles dynamiques, et notamment celle d’une nouvelle solution planétaire ajustée aux observations, mais aussi de prendre en compte les nouvelles coordonnées pour l’expression de quantités angulaires liées à la Terre (description de coordonnées apparentes géocentriques par le biais de l’origine non-tournante). Il s’agira aussi d’élaborer la forme électronique de ces éphémérides de précision sur un support informatique plus complet et moderne que celui actuellement diffusé. 2.2.3. Les ouvrages imprimés permanents À côté des ouvrages publiés annuellement, l’Institut de mécanique céleste publie des ouvrages de référence liés aux éphémérides et à ses missions de diffusion de l’information, utiles à la communauté nationale. • Notes Scientifiques et Techniques du Bureau des longitudes Entre 2000 et 2004, 8 Notes Scientifiques et Techniques ont été réalisées par l’IMCCE. Ces notes sont envoyées à un certain nombre de laboratoires. Nous voulons, par cette démarche, assurer dans la communauté scientifique une meilleure connaissance des travaux de recherche effectués par l’Institut de mécanique céleste et mettre à la disposition des utilisateurs des données que l’on ne trouve pas ailleurs. Des éphémérides de comètes et d’astéroïdes sont publiées dans ces notes. • Ouvrage collectif « Le Passage de Vénus » En 2004, l’ouvrage collectif « Le passage Vénus », coordonné par J.-E. Arlot, a été diffusé par EDP Sciences à l’occasion de l’opération VT-2004 pour l’observation de ce phénomène rare (voir chapitre 7.7). Outre des éléments précis sur les circonstances du passage du 8 juin 2004, il réunit des textes sur l’histoire et les prédictions des observations des passages de Vénus et de Mercure devant le Soleil, sur les caractéristiques physiques de l’atmosphère et de la surface de la planète, sur sa rotation rétrograde, sur la détermination des distances dans l’Univers et celle plus particulière de l’unité astronomique, sur les passages en dehors du système solaire et la détection des planètes extrasolaires. 31 2.3. LE SERVICE DE RENSEIGNEMENTS ASTRONOMIQUES L’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides est chargé de fournir les éphémérides des corps du système solaire et les éléments nécessaires à l’élaboration des calendriers. Il est donc amené à répondre aux très nombreuses demandes de renseignements astronomiques dont les réponses ne figurent pas dans nos publications. Un service a été constitué pour répondre à cette attente. 2.3.1. Évolution du service La responsabilité scientifique de ce service des renseignements astronomiques de l’IMCCE a été assumée par P. Bretagnon jusqu’à son décès, en novembre 2002, puis elle a été confiée à P. Rocher depuis janvier 2003. Il est assisté dans cette fonction par M. Bonnaventure-Martinez et Ph. Duhamel. Dans ce cadre, plusieurs chercheurs et ingénieurs de l’Institut sont également mis à contribution selon leurs compétences et la nature des demandes. Il convient de signaler le départ, en congé de fin d’activité, de M. Heurtier en 2002 et la mutation de M. Tellier en 2004 qui participaient tous deux aux renseignements. M. Heurtier a été remplacé par Ph. Duhamel qui a pris ses fonctions début février 2003. M. Tellier sera remplacé par un technicien en 2004. L’accessibilité croissante au web, décuple nos demandes de renseignements ; si certaines nécessitent peu de travail, d’autres sont à l’origine de développements importants. Une grande partie des demandes porte cependant sur des notions de culture générale dont les réponses se trouvent rapidement dans la littérature scientifique de vulgarisation mais d’autres nécessitent un travail très spécifique. Par ailleurs, suite à la création de travaux pédagogiques dans les classes préparatoires et de première et plus récemment des itinéraires de découverte en premier cycle, nous sommes très souvent sollicités pour des renseignements et compléments d’information. Ainsi, aux 3000 appels téléphoniques et 500 lettres annuels s’ajoutent depuis quelques années 500 messages électroniques de demandes de renseignements impliquant une réponse parfois fondée sur des calculs. 2.3.2. Principaux types de demandes Parmi les grandes catégories de demandes de renseignements, nous noterons : Demandes liées à des affaires de justice Nous recevons de nombreuses demandes provenant de la gendarmerie nationale ou de la police. Elles concernent essentiellement les conditions d’éclairement par le Soleil ou la Lune lors de reconstitution. Nous recevons également des demandes de même nature par des avocats et des juges d’instruction. Demandes liées à des recherches historiques Les historiens, archéologues, égyptologues ont par exemple besoin de connaître les échelles de temps dans lesquelles des dates et des instants sont fournis dans des textes anciens, l’azimut du coucher du Soleil aux solstices il y a plusieurs milliers d’années afin de les comparer à des dispositions de tumulus, à des orientations de mégalithes, l’azimut du lever héliaque de Sirius au cours de la période égyptienne, les variations de l’azimut du coucher de Canope liées aux orientations des différents temples de Karnak sur plusieurs siècles. 32 Demandes liées aux particularités de l’année 2004 Le passage de Vénus devant le Soleil en juin 2004 a été l’occasion de mener une action de diffusion des connaissances scientifiques à échelle européenne dans le cadre de l’opération européenne VT-2004 coordonnées par l’European Southern Observatory. Un gros travail d’installation d’information et d’outils informatiques a été fait sur le serveur web. Néanmoins, un accroissement notable des demandes de renseignements a été induit par cet événement et la campagne de coordination de son observation. Demandes liées aux éclipses de Lune et de Soleil Le service de renseignements astronomiques est beaucoup sollicité chaque année pour fournir les renseignements suivants : - créations de rubriques Internet sur les éclipses de Lune et de Soleil, - publication des cartes de visibilité des éclipses de Lune à venir, - rubrique sur le mécanisme des éclipses de Soleil, - publication des circonstances locales et générales des éclipses de Soleil à venir, avec calcul interactif des circonstances locales, - publication de notes spécifiques à chaque éclipse pour les astronomes professionnels et amateurs. Les éclipses de Soleil et de Lune restant parmi les sujets privilégiés d’intérêt du grand public et des médias. 2.4. ÉLABORATION DES ÉPHÉMÉRIDES À L’USAGE DES PROFESSIONNELS L’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides construit des éphémérides à l’usage des astronomes soit dans le cadre de collaborations à des activités scientifiques nationales ou internationales, soit en diffusant directement, à la demande, ses éphémérides. 2.4.1. Collaborations à des activités scientifiques 2.4.1.1. Collaborations hors contrat Ces dernières années, l’Institut a construit ou diffusé, dans le cadre de collaborations scientifiques hors contrat, les logiciels suivants : - Logiciel pour PC de calcul d’éphémérides de comètes et d’astéroïdes (observatoire de Paris LESIA, OMP) - Logiciel pour PC de visualisation de configurations des satellites naturels - Élaboration et distribution de logiciels de calcul d’orbites de comètes et d’astéroïdes - Société Philips-Lightning : calcul des levers et couchers du Soleil pour toutes les capitales européennes dans le cadre du développement d’un système de contrôle de la durée d’éclairement des éclairages publiques - Société AMP C3C : calcul des coordonnées horizontales de deux étoiles spécifiques pour la validation du fonctionnement d’une antenne de télécommunication - Société Otio : calcul de levers et couchers du Soleil et de la Lune pour le développement d’algorithmes de calcul pour les stations météorologiques fabriquées par la société 33 - Société Air France : algorithme de calcul des levers et couchers de Soleil pour le contrôle de la facturation des éclairages de pistes des aéroports fréquentés par les avions de la société - Éducation/enseignement : utilisation de notre serveur internet dans le cadre de projets d’enseignants (construction d’un cadran solaire, étude du mouvement de corps dans le système solaire, etc.) - Éphémérides en vitesses radiales pour des programmes d’observation millimétriques du satellite Io et de Titan (LESIA) 2.4.1.2. Collaborations sous contrat Le service a effectué les travaux suivants, dans le cadre de contrats : - Navigation interplanétaire, contrat CNES 02/CNES/0397/00 : Cadre de la définition et de la préparation de futures missions vers Mars, développement d’un simulateur de scènes planétaires qui permet de simuler les observations astronomiques réalisées par une sonde spatiale afin de déterminer sa trajectoire dans le système solaire. - Navigation optique, contrat ASTRIUM n° 50649 : Étude qualitative et quantitative sur l’exploitation de l’effet de parallaxe des astéroïdes pour réaliser la navigation d’une sonde interplanétaire de manière autonome et embarquée. Contribution à la définition d’un système optique permettant à une sonde spatiale de voyager, d’une manière autonome, dans le système solaire. - Orbitographie, contrat CNES : développement d’un intégrateur numérique pour le calcul des orbites des sondes interplanétaires (problème à 9 corps, approximation post-newtonienne, forces non gravitationnelles) utilisé par le CNES pour vérifier et valider ses propres développements en la matière. - Prévision des pluies météoritiques, contrats CNES : 772/CNES/2001/8866, 02/CNES/0839/00 et 02/CNES/0590/00 : développement d’un modèle physique et dynamique d’évolution des essaims météoritiques pour réaliser la prédiction des dates et de l’intensité de cette activité. 2.4.2. Diffusion d’éphémérides astronomiques auprès des bureaux étrangers Dans le cadre d’accord internationaux, nous sommes tenus de fournir des données aux bureaux d’éphémérides étrangers qui, pour certains d’entre eux, nous envoient des données en échange. Tous les ans, nous fournissons principalement : - les configurations des satellites galiléens sous forme de « camera-ready » - les prédictions des phénomènes des satellites galiléens de Jupiter Ces bureaux sont les suivants : - le Nautical Almanach Office de l’US Naval Observatory - l’Institut d’astronomie appliquée de Saint-Petersbourg - le H.M. Nautical Almanac Office du Rutherford Appleton Laboratory (anciennement de l’observatoire royal de Greenwich) - l’Astronomisches Reichen Institut d’Heidelberg - l’Instituto y Observatorio de Marina de San Fernando - l’observatoire royal de Belgique - l’université de Sao Paulo - l’Astronomical Institute of the Slovak Academy of Sciences - l’Astronomisches Büro de Vienne - l’observatoire national de Rio de Janeiro 34 - l’Heliophysical Observatory of the Hungarian Academy of Sciences l’université d’Islande l’Institut astronomique de l’académie roumaine 2.5. LES SERVEURS D’ÉPHÉMÉRIDES ÉLECTRONIQUES Serveur Minitel Le service de renseignements de l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides maintient une base de données astronomiques interactive sur serveur Minitel (3615 ou 3616 BDL) pour répondre aux demandes les plus courantes. Actuellement ce serveur fournit les informations suivantes : - heures du lever et du coucher du Soleil et de la Lune ; azimuts et hauteurs du Soleil en n’importe quel lieu, de -4000 à 2500 ; - phases de la Lune et dates des saisons de -4000 à 2500 ; - éclipses de Soleil et de Lune pour six années ; - positions apparentes géocentriques, hauteurs et azimuts, heures du lever et du coucher du Soleil, de la Lune et des planètes de 1900 à 2020 ; - coordonnées héliocentriques des planètes de 1900 à 2020 dans le repère de la date ; - positions des principaux satellites naturels des planètes pour la période actuelle ; - phénomènes des satellites galiléens de Jupiter pour la période [2002,2005] ; - phénomènes mutuels des satellites galiléens de Jupiter pour la période [2003] ; - définitions et concordances des calendriers, fêtes légales et religieuses ; - heure légale en France, dates de changement d'heure et calcul du jour de la semaine ; - ciel du mois et visibilité des planètes. Ce serveur fonctionne sur une station de travail AIX/IRISA raccordée au réseau local de l’IMCCE et reliée au réseau Minitel par ligne Transpac. Aucun développement n’est mis en œuvre pour ce serveur qui est largement remplacé dans sa fonction par le serveur web. Site Web de calcul d’éphémérides Depuis 1995, date de son ouverture, le serveur Web http://www.imcce.fr s’est considérablement développé et est devenu un outil fondamental de diffusion des éphémérides. Outre les informations sur le laboratoire et ses activités, il contient les éphémérides interactives de la plupart des corps du système solaire, positions, éphémérides physiques, phénomènes astronomiques et des bases de données d’images astronomiques et des données astrométriques. Afin d’assurer la conformité aux règles du CNRS en la matière, une bonne coordination et un développement harmonieux et homogène de ces serveurs, un groupe de travail, le « groupe serveurs », réunissant des techniciens et des chercheurs du laboratoire, a été mis sur pied dès le début de cette opération. Ce groupe qui a été un élément important du dispositif de création du serveur, a poursuivi ces dernières années son activité de coordination pour plusieurs rubriques nouvelles. Refonte du serveur Web Nous avons entrepris la refonte complète du site Web de l’IMCCE. Ce projet porte sur une amélioration de l’ergonomie du site, la création d’une charte graphique et une meilleure visibilité des activités de l’IMCCE. La première phase de ce projet a été achevé en novembre 2002 par la fourniture par la société Churchill d’un ensemble de gabarits couvrant les différentes rubriques et types de pages et services. L’application de ces gabarits et de nouvelle charte graphique à l’ensemble des pages du serveur actuel est en cours de finalisation. L’ouverture de ce nouveau site Web est prévue pour fin 2004. 35 Éphémérides et Observatoire Virtuel L’IMCCE compte s’inscrire dans le développement du projet Observatoire Virtuel d’interconnexion mondiale des ressources astronomiques. Depuis 2003, des actions sont donc entreprises pour mettre en œuvre l’adaptation de ses ressources d’éphémérides dans ce cadre. L’IMCCE contribue à la réflexion en cours à l’observatoire de Paris. Nous avons en particulier entamé la réalisation d’un interconnexion entre le serveur de données de l’IMCCE et celui du Centre de Données de Strasbourg (CDS) pour ce qui concerne l’interfaçage de la base de données orbitales des astéroïdes ASTORB (T. Bowell) pour laquelle nous fournissons une éphéméride sur requête à travers le logiciel VIZIER du CDS. Ce projet inclut ensuite la construction d’un « plan système solaire » du logiciel ALADIN du CDS, où tout objet du système solaire présent dans un affichage de champ stellaire pourra être identifié. Plusieurs autres projets s’inscrivent dans ce contexte, en particulier la mise en forme d’une vaste base de données de type « SIMBAD » pour les objets du système solaire. Ce type de développement permettra à terme des applications scientifiques. C’est le cas par exemple de l’exploration d’archives dans le but d’étudier des objets particuliers et de procéder à des « prédécouvertes » d’objets ; il s’intègrera dans les actions en cours de développement pour l’étude des objets géocroiseurs. 2.6. LES BASES DE DONNÉES Plusieurs bases de données sont installées et rendues publiques sur le serveur d’éphémérides de l’IMCCE. 2.6.1. La base de données NSDC Depuis plusieurs années, suite à une décision de l’UAI (commission 20) de centraliser les observations astrométriques des satellites naturels des planètes, l’IMCCE a en charge une base de données « NSDC » rassemblant toutes ces observations. Plusieurs services sont offerts : - une base de données rassemblant les données brutes, telles que publiées par les observateurs ; - une base de données bibliographique permettant d’avoir toutes les informations nécessaires sur les observations stockées dans la base de données ; - une base de données « standard », utilisables facilement, en accès direct pour les utilisateurs selon différents critères ; - un serveur d’éphémérides permettant le calcul direct des (O-C). Cette base de données est maintenue dans le cadre du Working Group « satellites naturels » de l’UAI. Une collaboration très étroite s’est développée avec l’Institut Sternberg de l’université Lomonosov de Moscou pour la maintenance de cette base et des éphémérides des satellites. À noter l’importance de cette collaboration internationale : dans un premier temps, le travail avec les observateurs russes nous a permis de rassembler toutes les données issues des pays de l’ex-URSS non encore publiées. Dans un deuxième temps, nous collaborons avec D. Pascu de l’observatoire naval de Washington (USA) pour la recherche des observations réalisées aux USA (Flagstaff, Washington) et non encore publiées. 2.6.2. La base de données cométaires Nous disposons des logiciels nécessaires pour la détermination de nouvelles éphémérides dès la publication de nouvelles observations, ce qui est indispensable dans le cas des comètes, très perturbées par les planètes et subissant l’influence de forces non gravitationnelles non négligeables. Une base de 36 données des éléments de ces corps est mise à jour régulièrement sur le site web et est disponible pour le calcul de toute éphéméride de comètes. 2.6.3. Données sur les éclipses La demande des historiens sur les dates et lieux des éclipses de Soleil du passé, mais aussi la demande du public, nous ont amenés à mettre à la disposition des utilisateurs un canon d’éclipses complet et beaucoup plus précis que ceux existant actuellement. Ces données sont publiées sur le site web. 2.6.4. APDB (Astrometric Planetary Data Base) Les travaux réalisés au sein de l’IMCCE sur le mouvement des planètes afin d’obtenir des éphémérides nouvelles plus précises ont suscité l’intérêt aussi bien du Nautical Almanac Office (Washington D.C.) qui souhaite disposer de ses propres éphémérides qu’au Jet Propulsion Laboratory. C’est en coopération avec ces deux laboratoires que nous avons mis sur pied une base de données astrométriques des planètes. 2.7. LES RELATIONS AVEC LES AUTRES BUREAUX D’ÉPHÉMÉRIDES ET LES LABORATOIRES HOMOLOGUES De nombreux pays disposent d’un bureau d’éphémérides pour des raisons légales, mais seuls cinq bureaux produisent des éphémérides originales et les envoient aux autres bureaux. Outre l’Institut de mécanique céleste, des éphémérides originales sont produites par : • • • • le Nautical Almanac Office de l’observatoire naval à Washington D.C. ; le H.M. Nautical Almanac Office, anciennement à l’observatoire de Greenwich et actuellement au Rutherford Appleton Laboratory à Oxford ; l’Institut d’astronomie appliquée de Saint-Pétersbourg ; le Département hydrographique de Tokyo. Bien entendu, des coopérations étroites existent entre ces bureaux. La conférence de Paris en 1911 avait réparti les tâches afin de limiter le travail de chacun. Aujourd’hui, les échanges de données continuent et les directeurs des bureaux d’éphémérides se rencontrent tous les trois ans lors de l’assemblée générale de l’Union Astronomique Internationale sous les auspices de la commission 4 « Éphémérides ». À côté de ces bureaux officiels d’éphémérides, certains laboratoires produisent des éphémérides qui peuvent être utilisées dans les publications annuelles des bureaux officiels. Citons le Jet Propulsion Laboratory qui, pour les besoins de la NASA, construit les éphémérides nécessaires aux missions spatiales. En France, c’est l’Institut de mécanique céleste qui fournit les éphémérides nécessaires au CNES, et dont les éphémérides sont reprises par le Nautical Almanac Office. Citons également le Minor Planet Center, à Cambridge, Massachussets, qui collecte les observations des astéroïdes et des comètes et diffuse des éphémérides issues de ces données. Il est cependant nécessaire de reprendre et de raffiner ces éphémérides si l’on souhaite une plus grande précision. C’est ce que l’Institut de mécanique céleste doit faire pour les besoins des astronomes français et de certaines missions spatiales de l’ESA. 37 38 3. RAPPORT D’ACTIVITÉ ET PROJETS DES ÉQUIPES DE RECHERCHE Les axes de recherche de l’IMCCE sont larges puisqu’ils vont des mathématiques des systèmes dynamiques, jusqu’à la planétologie dynamique et observationnelle, et incluent la mécanique céleste appliquée et l’astrométrie. La recherche est aussi en grande partie motivée par les besoins d’une mission de service, l’élaboration d’éphémérides de précision des objets du système solaire. Les équipes de recherche explorent donc les thèmes novateurs et enrichissent leur expertise dans leurs domaines spécifiques. Ces équipes dont les rapports scientifiques suivent sont au nombre de quatre : • • • • MCTA : Mécanique céleste théorique et appliquée GAP : Groupe astrométrie et planétologie ASD : Astronomie et systèmes dynamiques LAL : Laboratoire d’astronomie de Lille 3.1. MÉCANIQUE CÉLESTE THÉORIQUE ET APPLIQUÉE (ÉQUIPE MCTA) Composition L’équipe MCTA est composée des membres suivants : - A. Fienga, astronome adjoint P. Rocher, astronome J.-L. Simon, astronome Elle collabore avec d’autres chercheurs et doctorant de l’Institut (J. Laskar, H. Manche, Ph. Robutel). Elle collabore également avec : - A. Andrei, ONA, Brésil, chercheur associé (contrat CNRS) V.-A. Brumberg, Institut d’astronomie appliquée de Saint-Pétersbourg, Russie P.M. Mathews, université de Madras, Inde E. Pitjeva, Institut d’astronomie appliquée de Saint-Pétersbourg, Russie E.M. Standish, Jet Propulsion Laboratory, USA Présentation L’équipe MCTA a pour sujets de recherche principaux : - la dynamique planétaire (à court et à long terme) le raccordement des systèmes de référence la préparation à la mission GAIA l’étude de la rotation de la Terre la dynamique des petits corps du système solaire l’étude et la prédiction de phénomènes astronomiques Au cours des années 2002-2003, l’équipe MCTA a eu la douleur de perdre P. Bretagnon, décédé le 17 novembre 2002. Par ailleurs, Cl. Le Guyader est parti à la retraite en janvier 2003 et A. Fienga a été titularisée au poste d’astronome adjoint en septembre 2003. 39 3.1.1. Dynamique planétaire à court et à long terme Introduction Sur le plan national, il n’existe en France qu’un seul type de solution planétaire analytique donnant des éphémérides de haute précision, pour un intervalle de temps court, pour l’ensemble des planètes principales : les solutions VSOP. Néanmoins la précision de ces solutions reste limitée : pour Mars, la précision intrinsèque de la solution analytique (c’est-à-dire la précision liée à la forme en série de la solution) est de 60 mètres sur 30 ans (Fienga et Simon, 2002). Or, la précision moyenne des données issues des missions Viking, Pathfinder et MGS est d’environ 10 mètres sur 30 ans. Il est donc clair que dans le cadre des missions spatiales futures et de leur exploitation à but scientifique, les solutions analytiques de l’IMCCE n’ont pas actuellement la précision nécessaire. Sur le plan international, il n’existe qu’une seule autre solution planétaire disponible ; il s’agit de la solution numérique du JPL ajustée aux observations, DE405 (Standish, 1998), valide sur un intervalle de 600 ans et de sa version stable sur 6 000 ans, DE406. Ces deux solutions sont actuellement les éphémérides planétaires de référence de la communauté astronomique (UAI, 2001). DE405 est utilisée au JPL pour les préparations des missions ainsi que pour le traitement et l’analyse des données issues des missions. Plusieurs facteurs limitent la précision de ces solutions planétaires. Le plus important est la modélisation des perturbations induites par les astéroïdes sur Mars (Standish et Fienga, 2001). En effet, il est très difficile d’estimer directement les masses de ces petits corps perturbateurs et donc de connaître individuellement les perturbations qu’ils induisent sur Mars. Des solutions globales avaient été envisagées (Krasinsky, 2002), mais cette question reste ouverte. Par ailleurs, Williams et al (2001) ont proposé de nouveaux modèles de libration de la Lune rigide et non-rigide qu’il reste à tester, développer et introduire dans une solution globale du mouvement des planètes. Enfin, les effets de non-sphéricité du Soleil ont commencé à être introduits dans DE405, mais une amélioration de leur prise en compte serait à prévoir dans le cadre des futures missions autour de Mercure. En outre, sur de très longues périodes de temps (plusieurs millions d’années), il n’existe pas d’éphémérides planétaires complètes (les neuf planètes et la Lune) ayant une stabilité et une précision suffisantes pour permettre des études complètes de l’évolution à long terme du mouvement orbital et de la rotation des planètes (Laskar et al. 2003). Face à ce constat, il est apparu qu’une évolution rapide des solutions planétaires développées à l’IMCCE était nécessaire. Un groupe de réflexion composé de A. Fienga, J. Laskar et J.-L. Simon, s’est formé autour de cette question. Nous avons ainsi décidé d’orienter les futurs développements liés aux solutions planétaires de l’IMCCE vers deux directions : 1) l’achèvement et le maintien des solutions analytiques élaborées à l’IMCCE. 2) le développement d’une solution planétaire numérique de très grande précision sur de courtes (quelques dizaines d’années) et de très longues (plusieurs millions d’années) périodes. Les solutions analytiques de l’IMCCE La publication de ces solutions est très importante car elle permet de fournir à la communauté des solutions analytiques de référence. Ces solutions, bien que limitées en précision, sont essentielles pour le développement de nouvelles théories de rotation des planètes ainsi que pour la compréhension de la dynamique du système solaire. Deux types de solution ont été construits ou sont en construction à l’IMCCE. 40 A) La solution TOP (Theory of Outer Planets) (J.-L. Simon, construction terminée) • Caractéristiques C’est une théorie du mouvement des quatre grosses planètes Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune et de la planète Pluton. Les solutions sont développées sous forme de séries de Poisson d’une seule variable angulaire, fonction linéaire du temps, reliée aux longitudes moyennes moyennes des planètes par des relations simples. La solution est ajustée sur DE405. La représentation permet de garder une grande précision sur plusieurs milliers d’années pour les grosses planètes, de l’ordre de quelques 0".1 sur [J2000 - 6000, J2000 + 6000]. Pour Pluton, la précision est très satisfaisante sur quelques centaines d’années : écarts avec DE405, sur 100 ans, de l’ordre de 0".008 ; précision de l’ordre de 0".2 sur [J2000 - 1000, J2000 + 1000]. • Apports - TOP est la solution analytique la plus précise pour le mouvement des grosses planètes sur plusieurs milliers d’années. - Elle présente la première théorie analytique du mouvement de Pluton jamais construite. - Elle permet d’améliorer la solution VSOP par : a) l’introduction des perturbations de Pluton sur Uranus et Neptune b) l’amélioration de la précision de VSOP sur des intervalles de temps de plusieurs milliers d’années par l’introduction de perturbations correspondant à des périodes supérieures à 1 000 ans, mieux déterminées dans TOP que dans VSOP. Notons aussi que la méthode utilisée pour construire TOP nous a permis de calculer les perturbations de 290 astéroïdes sur Mars sous une forme particulièrement simple (une seule série de Poisson à un argument pour chaque élément elliptique de Mars). B) La solution VSOP (Variations Séculaires de l’Orbite des Planètes) (P. Bretagnon, A. Fienga, X. Moisson, J.-L. Simon) • Caractéristiques C’est une théorie du mouvement des huit planètes principales où les solutions sont développées sous forme de séries de Poisson des longitudes moyennes des planètes. Elle a été construite dans le cadre de la relativité générale. La construction de cette solution a fait l’objet du travail de thèse de X. Moisson (Moisson, 2000). Le travail a été ensuite repris par P. Bretagnon. Il est actuellement poursuivi par A. Fienga et J.-L. Simon. Cette théorie doit avoir une très grande précision sur des intervalles de temps courts et doit servir de base aux éphémérides planétaires publiées par l’IMCCE. Nous avons repris l’ajustement direct à DE403 et DE405 en calculant nous-mêmes les perturbations par les astéroïdes en séries de Poisson d’un seul argument angulaire comme indiqué plus haut. Nous avons également introduit les perturbations par Pluton. Ultérieurement nous ajusterons cette solution à la solution numérique de l’IMCCE. • Précision Sur 100 ans, les écarts avec DE403 sont de l’ordre de : - 0".00002 pour Mercure - 0".0001 pour Vénus et la Terre 41 - 0".0015 pour Mars (gain d’un facteur 2 avec les perturbations par les astéroïdes) - 0".00025 pour Mars sur 1969-2002 (avec les astéroïdes) - 0".0002 pour Jupiter - 0".0005 pour Saturne - 0".003 pour Uranus - 0".0015 pour Neptune (gain d’un facteur 6 avec les perturbations par Pluton) Ceci représente un gain compris entre 10 et 100 par rapport aux meilleures théories analytiques existantes pour les planètes de Mercure à Saturne. Sur des intervalles de temps de l’ordre du millier d’années, la précision est au moins 10 fois meilleure que les théories analytiques actuellement disponibles pour les planètes telluriques ; elle se dégrade, par contre, rapidement pour les grosses planètes. La construction d’une solution planétaire numérique (A. Fienga, en collaboration avec J. Laskar, M. Gastineau, H. Manche) Cette solution doit avoir une très grande stabilité sur des intervalles de temps très longs (plusieurs millions d’années) et une très grande précision sur des intervalles de temps courts (quelques dizaines d’années). Elle doit être ajustée aux observations. Pour élaborer cette solution, nous travaillons en étroite collaboration avec J. Laskar. Le plan de recherche pour 2002-2004 est le suivant : • mise en place d’un intégrateur permettant l’intégration de problèmes complexes avec une très grande stabilité et une très grande précision sur des périodes de temps courtes (quelques années) et très longues (quelques millions d’années) sur la base des travaux de J. Laskar et Ph. Robutel (2001) ; • modélisation complète des perturbations planétaires : développement des modélisations liées à la rotation lunaire et des potentiels de marées terrestres pour une Lune rigide et non-rigide, nouveau modèle de perturbations des astéroïdes sur Mars, prise en compte de la non-sphéricité du Soleil (H. Manche, 2003) ; • ajustement de la solution numérique obtenue aux observations spatiales, optiques et VLBI de très haute précision ; mise en place de nouvelles éphémérides très précises sur des périodes de temps courtes (quelques centimètres pour Mercure et Mars sur 30 ans), et très stables sur des longues périodes de temps ; mise en place d’une solution analytique ajustée sur ces éphémérides numériques à très haute précision. La première partie de ce travail est en cours d’achèvement par J. Laskar et Ph. Robutel, la deuxième partie constitue le sujet d’une thèse débutée en 2003 par H. Manche à l’IMCCE et coencadrée par J. Laskar et A. Fienga. Nous effectuons, pour notre part, l’ajustement aux observations d’une version préliminaire de la solution numérique. Cette version permettra de mettre en place en 2004 la nouvelle solution analytique de l’IMCCE, actuellement en cours d’achèvement. 3.1.2. Raccordement des systèmes de référence (A. Fienga) Depuis 2001, une collaboration entre l’IMCCE et l’Observatoire National (ON/MCT, Brésil) a été mise en place (demandes de temps d’observation communes, publications communes...) sur les thématiques liées aux activités astrométriques des deux groupes de recherche. Grâce à cette collaboration, nous avons pu mettre en évidence et résoudre des problèmes fondamentaux des raccordements entre repères de référence (Fienga et Andrei, 2002, Andrei et Fienga, 2003). 42 Nous avons aussi mis en lumière l’impact important de ces résultats sur la dynamique des objets du système solaire (Fienga et al, 2002 et Arlot et al, 2002). Grâce à ces études astrométriques, nous avons pu apporter notre compétence à la préparation et à l’analyse des résultats des campagnes d’observations des occultations de Pluton (Sicardy et al. 2002), Titania et Titan (Sicardy et al., 2003). L’International Celestial Reference Frame (ICRF), adopté en 1997 comme repère de référence officiel de l’UAI, est constitué d’environ 600 sources radio extragalactiques observées en longueurs d’onde radio (VLBI) avec une précision meilleure que 1 milliseconde de degré (mas) (IAU, 1997). Leur mouvement apparent n’étant pas détectable à l’échelle de la milliseconde de degré, ce repère de référence est à l’heure actuelle la meilleure représentation possible d’un système inertiel non-tournant, officiellement dénommé l’ICRS. Pour la dynamique galactique, stellaire et des objets du système solaire, l’ICRS est essentiel. Il est donc nécessaire d’établir des raccordements précis entre sa réalisation en longueurs d’onde radio, et les catalogues stellaires optiques ou infrarouges utilisés lors de la détermination d’orbites d’objets du système solaire et l’estimation de positions d’objets stellaires (réduction astrométrique). À ce titre, l’astrométrie des contreparties optiques des sources radio constituant l’ICRF est un élément important pour l’étude des liens entre les catalogues stellaires optiques actuels et l’ICRF. Notre collaboration IMCCE/ON porte ainsi sur le suivi optique de sources extragalactiques dans l’hémisphère sud et dans l’hémisphère nord dans le but d’estimer les effets systématiques des catalogues stellaires et astrométriques actuels (Da Silva Neto et al, 2000) et futurs (GAIA), et éventuellement d’étudier le mouvement propre apparent de ces objets (Garcia et al, 1999). Un tel projet nécessite une réduction astrométrique de très grande précision (utilisation du logiciel PRIAM (Fienga, 1999)). Une campagne d’observations a été lancée en 2001 puis prolongée en 2002 et en 2003 simultanément dans l’hémisphère nord (télescope de 1.20m de l’OHP) et dans l’hémisphère sud (télescope de 1.60m du LNA, Brésil). Dans le cas où des objets du système solaire (principalement des astéroïdes) sont présents dans les champs observés, il a été possible d’effectuer un nouveau raccordement direct du système de référence dynamique à l’ICRS. Les premiers résultats de cette étude (Fienga et Andrei, 2002) ont été la première détection de 6 contreparties optiques de sources ICRF ainsi que la mise en évidence d’erreurs de zone importantes du catalogue USNO A2.0 dans l’hémisphère nord (décalage systématique en déclinaison de 0.3 seconde de degré pour une bande comprise entre 10 et 30 degrés). Cette découverte a une grande importance pour l’astrométrie de haute précision. Ainsi, nous avons montré (Fienga et al, 2002) que l’orbite du satellite Phoebé est affectée par les erreurs de zones du catalogue USNO (1500 km le long de l’orbite de Phoebé). Il est donc important de mettre en lumière de telles erreurs afin d’effectuer une dynamique très précise des objets du système solaire. En 2003, nous avons continué ces travaux, d’une part avec de nouvelles observations réalisées simultanément dans l’hémisphère nord et dans l’hémisphère sud, et d’autre part en étudiant le nouveau catalogue USNO B1.0 (Monet et al 2003). La densité (environ 30 000 étoiles par degrés carrés) de ce nouveau catalogue ainsi que sa magnitude limite (21) en font le catalogue stellaire le plus complet jamais réalisé. Lors du séjour d’A. Andrei à l’IMCCE, nous avons pu évaluer la qualité astrométrique de ce nouveau catalogue (Fienga et Andrei, 2003a, Fienga et Andrei, 2003b). 3.1.3. Préparation de la mission GAIA (A. Fienga, J.-L. Simon) Notre équipe est très impliquée dans la préparation de la mission GAIA. Deux de ses membres (A. Fienga et J.-L. Simon) sont membres du groupe de travail Relativité générale et systèmes de référence 43 mis en place par l’ESA pour définir des algorithmes très précis (de l’ordre de la microseconde de degré, µas) d’analyse des données issues de la future mission. C’est dans ce cadre que nous collaborons sur les deux points suivants : - Éphémérides planétaires utilisées dans la préparation et l’analyse des données de la mission GAIA. Nous avons proposé que les solutions planétaires analytiques ou numériques développées à l’IMCCE soient utilisées car d’une part elles ont la précision requise et d’autre part elles garantissent un accès complet et immédiat aux modèles théoriques des solutions (échelle de temps, méthode d’ajustement, perturbations modélisées). Ce dernier est fondamental pour une mission de haute précision. - Raccordement entre le repère de référence ICRF et celui qui sera construit à partir des observations optiques réalisées par GAIA. Nous avons mis en place une dynamique de recherche en vue d’appliquer nos méthodes d’analyses à la préparation de la mission GAIA (Andrei et Fienga, 2003), et plus précisément aux problèmes liés à la détection de quasars dans les images GAIA. 3.1.4. Rotation de la Terre Introduction Ces dernières années les chercheurs de l’équipe (P. Bretagnon, P. Rocher, J.-L. Simon, en collaboration ave G. Francou) ont, sous l’impulsion de P. Bretagnon, construit une théorie de la rotation de la Terre rigide qui a les caractéristiques suivantes : - Nous avons intégré simultanément la précession et la nutation. - Nous avons construit une solution analytique des trois angles d’Euler (précession en longitude, précession en obliquité, angle de rotation de la Terre) orientant la Terre rigide par rapport au repère inertiel J2000. - Nous avons introduit globalement dans les équations les perturbations lunaires, solaires et planétaires sous leur forme analytique. Les équations sont intégrées par une méthode itérative. Notre solution SMART97 (Solution du mouvement de l’axe de rotation de la Terre) a déterminé pour la première fois des termes hors phase importants (384 µas dans le terme de période 18.6 ans) ainsi que les termes diurnes qui contribuent pour 150 µas dans les solutions et a donné une bonne détermination des termes semi diurnes (déphasés de 30° dans les autres solutions). La précision de cette solution a été déterminée par comparaison à une intégration numérique effectuée en utilisant DE403/LE403. On peut l’estimer à : - 0.02 µas sur un intervalle de temps 50 jours 2.2 µas sur un intervalle de temps de 50 ans 12 µas sur un intervalle de temps de 150 ans SMART97 est ainsi la seule théorie de la rotation de la Terre rigide dont la précision est conforme aux recommandations de l’UAI, lors de l’assemblée générale de Kyoto en 1997 (précision inférieure à 5 µas sur 50 ans). Rotation de la Terre non rigide (P. Bretagnon, P. Rocher, J.-L. Simon, en collaboration avec S. Mathews) Nous avons ensuite construit une solution pour la Terre non rigide en utilisant la fonction de transfert de Mathews et al (2000). De façon à éviter les approximations inhérentes aux méthodes classiques, 44 nous avons utilisé cette fonction de transfert de manière rigoureuse, c’est-à-dire que nous l’avons appliquée non pas aux quantités sinε0∆ψ et ∆ε mais aux composantes du vecteur instantané de rotation de la Terre rigide (p, q, r), exprimées en fonction des trois angles d’Euler. De plus, nous avons pris en compte les perturbations de la troisième composante du vecteur instantané de rotation, comme indiqué par S. Mathews. Ces perturbations entraînent des modifications très importantes non seulement pour le troisième angle d’Euler mais aussi pour les deux premiers (1200 µas pour p et 800 µas pour ε). Ce résultat - surprenant - est actuellement analysé par S. Mathews. Formules de précession (P. Bretagnon, A. Fienga, J.-L. Simon) Dans la construction de SMART97 nous avons intégré simultanément la précession et la nutation. Nous avons donc publié les expressions de la précession issues de notre théorie, en tenant compte de la valeur de la constante de précession en longitude recommandée par l’UAI. Ces expressions sont cohérentes avec le modèle IAU 200A de la nutation et font partie des trois théories de référence de la précession actuellement retenues par l’UAI (avec Capitaine et al., 2003 et Fukushima, 2003). Notre article contient également des formules donnant les corrections à apporter aux variables de la précession en fonction des améliorations de la constante de la précession et de l’obliquité. Il montre également que l’on peut représenter les paramètres de l’orientation de la Terre (EOP) en fonction des angles d’Euler. Introduction de la relativité dans SMART (P. Bretagnon, J.-L. Simon, en collaboration avec V. Brumberg) SMART97 est une théorie purement newtonienne. P. Bretagnon et V. Brumberg avaient entrepris de la transformer en théorie relativiste. Nous avons continué ce travail, en collaboration avec V. Brumberg. Nous avons calculé les perturbations relativistes les plus importantes de la théorie de la rotation de la Terre, à partir des expressions relativistes permettant de passer des coordonnées BRSC (barycentric ecliptical reference system) dans lequel est construit VSOP, avec TDB comme argument temporel, aux coordonnées DGRSC (dynamically non-rotating geocentric ecliptical reference system) dans lequel est construit SMART, avec TT comme argument. Nous avons trouvé que ces perturbations relativistes pouvaient atteindre, sur les angles d’Euler, 35 µas sur 20 ans (à comparer à la précision de SMART de 2 µas) et 150 µas sur 100 ans (précision de SMART : 12 µas). Ces perturbations doivent donc être prises en compte pour améliorer la précision de la théorie. Nous allons poursuivre ce travail en calculant les contributions relativistes dans le passage des coordonnées ITRS (International Terrestrial Reference System) aux coordonnées GCRS (Geocentric Celestial Reference System). 3.1.5. Dynamique des petits corps du système solaire Introduction L’étude des petits corps du système solaire se caractérise par deux aspects principaux. L’orbitographie de ces corps se fait par des méthodes d’intégrations numériques et le grand nombre des corps concernés nécessite l’usage de base de données performantes et de programmes interactifs. Comètes et astéroïdes (P. Rocher) Nous avons créé et nous mettons à jour régulièrement une base de données concernant les orbites des comètes. Cette base est disponible sur notre serveur : http:// www.imcce.fr/ephem/comets/HTML/francais/Comete.html 45 Les éléments orbitaux des comètes sont ajustés sur les observations. Le serveur contient actuellement 410 notes cométaires. Dans chaque note nous publions, en plus des éléments et des tableaux d’O-C (valeur observée moins position calculée), les éphémérides de toutes les comètes. Ces éphémérides donnent les positions astrométriques et apparentes des comètes chaque jour sur une période d’un an. Nous fournissons également aux utilisateurs des fichiers au format ASCII contenant les éphémérides et les éléments orbitaux des comètes. Mouvement des satellites de Neptune (Cl. Le Guyader) Notre programme d’intégration numérique (Le Guyader, 1993) nous a permis de construire des éphémérides des huit satellites de Neptune, Triton, Néréide, Naïade, Thalassa, Despina, Galatée, Larissa et Protée sur l’intervalle de temps [1800-2050]. Notre intégration numérique a été ajustée aux observations pour Triton, Néréide et Protée, et obtenue sur la base de conditions initiales données par Jacobson pour les autres. Nous avons ensuite mis au point une méthode permettant de connaître les positions et vitesses de ces corps à un instant t quelconque. Disposant d’une éphéméride d’un corps, si on veut connaître les positions et vitesses de ce corps à un instant t, on utilise généralement une méthode d’interpolation. Nous avons élaboré une méthode simple qui consiste d’abord à déterminer l’intervalle de la table qui contient cette date, puis à refaire une intégration à partir de l’extrémité la plus proche de cette date jusqu’à celle-ci. Pour les trois satellites nous avons pu ainsi obtenir sur deux siècles, et avec toujours la précision de l’éphéméride, les positions et vitesses simultanées à une date quelconque t en moins de deux secondes. Ces éphémérides sont disponibles sur le serveur internet de l’IMCCE. 3.1.6. Étude et prédiction de phénomènes astronomiques (P. Rocher) Éclipses de Soleil et de Lune Depuis 1981, nous élaborons des programmes de calcul et de tracé des éclipses de Soleil et de Lune. À l’occasion de l’éclipse totale de Soleil observable en France en août 1999, tous les calculs d’éclipses ont été profondément remaniés. Les différentes théories (Lune, Soleil, précession, nutation) utilisées dans ces calculs ont été actualisées. Nous avons construit des canons des éclipses de Soleil et de Lune sur une période de 6000 ans [-2999 à +3000]. Ces canons utilisent les théories lunaire et planétaire de l’IMCCE. Ils permettent la recherche systématique de la visibilité des éclipses en un lieu quelconque sur toute ou une partie de la période couverte par les canons. À ce programme ont été ajoutées différentes procédures permettant des recherches de visibilité des éclipses dans des époques très anciennes (de 1 à 3000 avant J.C.) en tenant compte des imprécisions et des incertitudes sur la connaissance du TT - UTC (différence entre le temps dynamique terrestre et le temps universel). Passages de Mercure et de Vénus devant le Soleil Le passage de Vénus devant le Soleil en juin 2004 nous a amené à nous intéresser plus particulièrement à l’étude des passages de Mercure et de Vénus. Cette étude se décompose en plusieurs thèmes : • Étude historique Les passages de Mercure et de Vénus devant le Soleil ont été utilisés dans les siècles passés pour déterminer la parallaxe solaire et l’unité astronomique. L’étude historique porte à la fois sur les conditions d’observations des passages du 17ème et 18ème siècle, mais aussi sur les méthodes utilisées pour les prédictions et les réductions des observations de ces passages. • Prédiction des prochains passages Nous avons élaboré un programme de calcul des passages de Mercure et de Vénus devant le Soleil et nous avons calculé un canon des passages de ces deux astres sur une période de 6 000 ans. Ce programme permet pour chaque passage, le calcul des circonstances générales et locales, le tracé des 46 cartes de visibilité, le calcul des Saros et des séries longues des passages homologues, la réduction des observations et l’édition des différentes données sous divers formats (Tex, HTML, ...). • Publications Ces travaux ont donné lieu à diverses publications : un cahier thématique dans l’Annuaire du Bureau des longitudes, une participation importante au livre sur les passages de Vénus (EDP Science), l’écriture d’un cours pour les IUFM et les enseignants, la création de diaporamas et de présentations pour les conférences, la création de notes pédagogiques pour le projet Vénus Transit 2004 (VT2004) et l’écriture du programme de réduction en ligne des observations du projet VT2004. Calendriers Ayant été responsable durant 14 ans de la rédaction de l’Annuaire du Bureau des longitudes, nous nous sommes spécialisé dans l’étude historique et astronomique des différents calendriers. 3.1.7. Prospective Dynamique planétaire Poursuite de la construction de VSOP (A. Fienga, J.-L. Simon) Amélioration de la précision de la solution sur de grands intervalles de temps La dégradation de la précision de VSOP sur des intervalles de temps de l’ordre de quelques centaines d’années, pour les grosses planètes est due à la mauvaise détermination des perturbations correspondant à quelques arguments à moyenne ou longue période. Or ces perturbations sont très bien calculées dans TOP et pourront être introduites dans VSOP. Ajustement Nous allons poursuivre les itérations en ajustant la solution sur : - l’intégration numérique du JPL DE405 ; - une intégration numérique de l’ensemble des planètes principales, de la Lune et des astéroïdes effectuée à l’IMCCE. Pour Mars cet ajustement se ferait sur un intervalle de temps de 30 ans (19702000) correspondant aux observations disponibles. Il se ferait en introduisant exactement les mêmes astéroïdes avec les mêmes masses dans les deux solutions (analytique et numérique) et permettrait donc d’étudier plus finement la précision de notre représentation analytique des perturbations par les astéroïdes. Développement de la solution numérique (A. Fienga) En 2004, nous souhaitons aboutir à une version préliminaire de notre solution numérique INPOP (Intégration numérique planétaire de l’observatoire de Paris), ajustée aux observations. En juin 2004, nous avons accueilli E.M. Standish (JPL) pour un court séjour à l’IMCCE. Lors de ce séjour, nous avons amorcé des séries de comparaison entre les dernières solutions planétaires du JPL, non encore publiées, et notre solution. En parallèle, le développement des modèles dynamiques se poursuivra (H. Manche), ainsi que l’élaboration de l’intégrateur numérique symplectique par J. Laskar et Ph. Robutel. Nous pensons obtenir notre solution planétaire numérique de très haute précision et de grande stabilité, ajustée aux observations en 2005. Nous aurons alors un outil d’analyse unique pour les observations des sondes Mars Express, Mercury Messanger (arrivée sur Mercure prévue en 2007) et 47 Vénus Express. De plus, cette solution numérique permettra d’apporter de très fortes contraintes aux études de l’évolution à long terme du mouvement orbital et de la rotation des planètes. Premiers résultats Les figures ci-contre illustrent les premiers résultats obtenus en 2004 lors du développement des solutions analytiques VSOP et numérique INPOP. Raccordement de systèmes de référence (A. Fienga) Avec la publication du catalogue USNO B1.0 (Monet et al, 2003), le cap des catalogues stellaires comptant plus d’un milliard d’étoiles est franchi. La densité (environ 30 000 étoiles par degrés carrés) de ce nouveau catalogue ainsi que sa magnitude limite (21) font de celui-ci un premier prototype de ce que pourrait être le catalogue astrométrique issu de la mission GAIA (Perryman et al, 2001), même si la précision astrométrique du B1.0 est bien plus dégradée (environ un facteur 50 000) que celle attendue avec GAIA. À partir des catalogues stellaires actuellement disponibles (HIP, Tycho 2, UCAC, GSC et USNO B) et après corrections des effets de zones et des effets systématiques induits par de mauvais raccordements à l’ICRF ou par des dérives de ces raccordements, il est possible de construire un catalogue cohérent jusqu’à la magnitude 21 et compilant toutes les informations contenues dans ces cinq catalogues. Un tel catalogue comportant positions, magnitudes et mouvements propres pour plus d’un milliard d’objets stellaires et extragalactiques permettra d’effectuer notamment des études réalistes sur les populations et la dynamique stellaires. Il fournira aussi un outil efficace de raccordements des orbites des objets du système solaire à l’ICRF. Un raccordement précis entre la dynamique du système solaire et l’ICRF permettra la détection d’effets faibles non gravitationnels pour des objets tels que les petits satellites, les astéroïdes et les comètes. La compilation d’un tel catalogue constitue la première partie du programme scientifique de collaboration entre l’IMCCE et l’ON/MCT portant sur les systèmes de références extragalactiques. Une thèse franco-brésilienne débutera en 2004 sur ce sujet. Préparation de la mission GAIA (A. Fienga, J.-L. Simon) Nous continuerons à collaborer dans le cadre du groupe de travail Relativité générale et systèmes de référence. Nous mettrons à disposition nos éphémérides planétaires analytiques et numériques afin d’être utilisées pour la préparation de la mission et l’analyse des données. D’autre part, nous avons proposé de mettre en place, en collaboration avec A. Andrei (ON), le premier catalogue compilé de positions et de magnitudes de sources extragalactiques en longueurs d’ondes optiques. Ce programme inclut, d’une part la compilation et l’homogénéisation de tous les catalogues de positions et de magnitudes existants en radio, optique, IR (ICRF, Sloan, 2MASS, FIRST...) et d’autre part la densification de zones pauvres en sources extragalactiques de références (notamment au voisinage du centre galactique) via l’exploitation de grands surveys. Un tel catalogue améliorerait considérablement par sa grande densité la précision des raccordements entre repère dynamique et ICRF. Il permettrait de fournir une base de données indispensable aux algorithmes d’identification de sources extragalactiques pour GAIA. 3.1.8. Activités de service Les membres de l’équipe MCTA ont des responsabilités dans les travaux de service du laboratoire (voir chapitre 2). 48 Perturbations des astéroïdes sur Mercure et Vénus k, h, q, p Mercure : INPOP-DE405 (unité : 1.d-12). Fig. 1. - La prise en compte des perturbations par les astéroïdes sur les planètes Mercure et Vénus (qui n’est pas faite dans DE405) entraîne des dérives importantes sur les variables k, h, q, p. Les courbes ci-dessus montrent, pour l’orbite de Mercure, les différences entre INPOP et DE405 sans (courbes rouges) et avec (courbes noires) la prise en compte des perturbations par les astéroïdes. Les résultats sont identiques quand on compare la solution analytique VSOP à DE405 Comparaison entre VSOP et INPOP pour l’orbite de Vénus Fig. 2. - Les courbes ci-dessus donnent les écarts entre VSOP et INPOP pour les éléments elliptiques de Vénus sur [1890, 2000]. Du fait de la prise en compte des perturbations par les astéroïdes dans les deux solutions, ces écarts sont deux fois plus petits que ceux entre VSOP et DE405. 49 3.2. ASTROMÉTRIE ET PLANÉTOLOGIE (ÉQUIPE GAP) Composition Le Groupe Astrométrie et Planétologie de l’IMCCE est composé des membres suivants : - Arlot J.-E., directeur de recherche CNRS Bec-Borsenberger A., astronome (retraitée) Berthier J., ingénieur de recherche CNRS Colas F., chargé de recherche CNRS Descamps P., astronome adjoint Fienga A., astronome adjoint, (jusqu’en 2002 puis équipe MCTA) Hestroffer D., astronome adjoint Thuillot W., astronome Étudiants en thèse et postdoctorants - Lainey V., postdoctorant (également dans l’équipe LAL) Vachier F., postdoctorant Vaubaillon J., postdoctorant Mouret S., en thèse (resp. D. Hestroffer, F. Mignard, OCA) Collaborateurs associés - Angeli Cl., observatoire de Rio Baudrand A., enseignante Bourget P., observatoire de Rio Emelianov N., Institut Sternberg, Moscou, chercheur associé (contrat CNRS) Kikwaya J.-B., observatoire du Vatican Marchis F., université de Berkeley, USA Veiga C.H., observatoire de Rio de Janeiro, Brésil Vieira-Martins R., observatoire de Rio de Janeiro, Brésil, enseignant-chercheur associé (contrat PAST) Vasundhara R., Institut d’astrophysique de Bangalore, Inde Présentation Les activités du Groupe Astrométrie et Planétologie sont principalement centrées sur l’étude des petits objets du système solaire. Les objectifs sont de mieux connaître les mouvements de ces objets, mais aussi leur taille, leur forme, et certaines de leurs caractéristiques physiques. Les moyens observationnels sont utilisés pour cela, en appui de travaux de modélisation. La mise en évidence de petits effets et la meilleure connaissance de leur cause à partir de leur interprétation est un des objectifs de cette confrontation entre théorie et observations. Sur la période 2000-2004, de nouveaux champs de recherche ont été explorés, notamment la modélisation des essaims météoritiques et l’astrométrie des petits objets par le moyen de la très haute résolution angulaire. D’autres ont continué de progresser, celui de l’étude des satellites naturels et leur modélisation dynamique de précision. Par ailleurs, plusieurs des membres de notre équipe se sont davantage investis dans la préparation de la mission GAIA qui est le grand projet auquel de nombreuses activités de l’IMCCE se rattachent. De par son changement d’orientation scientifique, A. Fienga a rejoint l’équipe MCTA dès 2003. Une grosse partie de son activité scientifique étant liée depuis plusieurs années à cette équipe, on en trouvera un descriptif plus complet dans le rapport de cette équipe. Par ailleurs, V. Lainey, bien 50 que toujours membre de l’équipe LAL, a rejoint l’équipe GAP pour ses travaux sur les observations des satellites naturels. 3.2.1. Activités de recherche Validation d’un nouveau modèle dynamique des satellites galiléens de Jupiter (V. Lainey, J.-E. Arlot, W. Thuillot) Un nouveau modèle dynamique du mouvement des satellites galiléens a été mis en place au sein de l’équipe LAL (Lainey et al. 2004). Ce modèle fondé sur une intégration numérique et une analyse en fréquence, permettant la reconstitution d’une théorie semi analytique, a nécessité un travail de comparaison et d’ajustement sur les observations. Cette validation a été réalisée dans l’équipe GAP. Cette théorie a donc été ajustée sur les observations disponibles (observations photographiques réalisées entre 1890 et 1978) et sur des observations de phénomènes mutuels (1997). La très bonne qualité de la première version de cette théorie, dont la solution est nommée « L1 », lui permet de remplacer la théorie utilisée depuis 1982 « G5 » pour la construction d’éphémérides. Il reste maintenant à réajuster cette théorie sur des observations plus récentes que nous réduisons actuellement (phénomènes mutuels de 2003), sur des observations encore non utilisées (plaques photographiques de D. Pascu réalisées dans les années 1990) et sur les observations méridiennes réalisées par Stone à Flagstaff. La grande précision du modèle nous permet d’envisager la mesure quantitative des effets de marée de Jupiter sur ses satellites et vice-versa. Le résultat d’une telle étude peut permettre de mesurer des paramètres de la morphologie interne des satellites. Pour cela, nous collaborons avec l’équipe de Ch. Sotin à Nantes. Par ailleurs, le comportement à longue période de cette solution, ajustée actuellement uniquement sur les observations modernes, a été évalué par comparaison à des observations anciennes d’éclipses de satellites par Jupiter sur 380 ans. Les résultats montrent d’excellents écarts quadratiques mais un écart moyen assez fort pour les observations du XVIIème siècle (de l’ordre de 40s pour une éclipse de Io) dont l’interprétation est en cours. Astrométrie des satellites naturels des planètes (J.-E. Arlot, N. Baron, A. Borsenberger, A. Fienga, D. Hestroffer, V. Lainey, Ch. Ruatti, W. Thuillot, F. Vachier) L’expérience que l’équipe a acquise dans le domaine des satellites naturels et dans le domaine de l’astrométrie de haute précision des objets du système solaire, lui permet d’assurer une continuité dans la réalisation des campagnes d’observation, l’ajustement des théories et la production d’éphémérides. La plupart des systèmes de satellites sont ainsi suivis au cours du temps. Les effets, gravitationnels ou non, très faibles ou seulement suspectés, peuvent ainsi être mis en évidence et quantifiés ; l’évolution des systèmes de satellites peut être étudiée. Des applications aux systèmes doubles d’astéroïdes sont également faites. Étude de satellites internes à l’orbite de Io Un modèle dynamique numérique des satellites proches de Jupiter, Amalthée, Thébé, Métis, Adrasté, a été mis en place et des observations, difficiles à réaliser en raison de leur faible magnitude et de la proximité de la planète, ont été réalisées en plusieurs sites, et notamment à l’observatoire de Flagstaff (USA), à Itajuba (Brésil) et au Pic du Midi. D’autres observations ont été collectées et l’ensemble constitue une base de données unique. Le modèle permet de réaliser des éphémérides, d’expertiser la qualité des observations, et permettra de rechercher des petits effets propres à la situation de proximité de la planète. Nous envisageons d’observer ces satellites au moyen du télescope infrarouge IRTF de la NASA afin d’obtenir suffisamment de positions astrométriques pour obtenir un modèle dynamique 51 encore plus fiable du mouvement de ces corps. Un travail spécifique de prédictions de phénomènes d’éclipses de Amalthée par Jupiter a été réalisé (Vachier et al. 2002). Campagnes d’observation de satellites planétaires lointains Les planètes Jupiter et Saturne sont entourées de petits satellites situés à plus de 10 millions de kilomètres d’elles, ces satellites, répartis par familles, sont très peu connus. Nous avons engagé une campagne d’observation des satellites observables (magnitude jusqu’à 21) à l’obervatoire de HauteProvence depuis 1998 afin d’avoir une meilleure connaissance de leur dynamique, en particulier de la précession des orbites. Nous avons obtenu et publié des données d’observations pour Phoebé S-9 (Arlot et al. 2003) et publié un nouveau modèle numérique (Fienga et al, 2002). Nous travaillons actuellement sur les satellites de Jupiter avec un nouveau modèle dynamique. Nous envisageons d’étudier la stabilité de ces familles de satellites en analysant les passages proches entre ces satellites. Analyse astrométrique des satellites principaux et des satellites lagrangiens de Saturne Plusieurs séries d’observations de position des satellites principaux de Saturne ont été analysées (collaboration avec A. Vienne, LAL). Une série de plus de 6000 mesures de position provient d’un examen spécifique de clichés CCD réalisés au moment de la campagne d’observation des phénomènes mutuels des satellites de Saturne de 1995, PHESAT95 (Vienne et al. 2001). Une autre série de 493 clichés CCD provient de campagnes réalisées entre 1995 et 1999 par des collègues brésiliens à Itajuba (Veiga et al. 2003) et inclut une série d’observations des satellites lagrangiens Télesto, Calypso et Hélène. Nous envisageons d’ajuster le modèle existant du mouvement sur les dernières observations réalisées. Hipparcos Les données photométriques recueillies par Hipparcos permettent, puisque le signal est modulé de manière périodique par une grille, de déterminer la taille et l’assombrissement centre bord des objets les plus gros. La réduction des données obtenues sur les satellites naturels Europe et Titan a été finalisée (Hestroffer 2003). Ce type d’analyse était jusqu’ici limité aux corps sphérique et à la prise en compte de la phase. Elle a été élargie à l’analyse des données Hipparcos pour des corps de forme plus complexe (stage d’A. Guerrier). Développement d’un coronographe à miroir (F. Colas, R. Vieira-Martins, F. Vachier) En collaboration avec l’observatoire de Rio de Janeiro, nous sommes en train de développer un coronographe stellaire à miroir à goutte de mercure. Le but est d’observer des objets faibles proches d’étoiles ou de planètes brillantes. La goutte de mercure permet d’adapter la taille de l’occulteur en fonction du seeing et de la taille angulaire de l’objet à occulter. Le concept du coronographe à miroir permet d’être entièrement achromatique et donc d’observer de la bande U à la bande K. En fait le diaphragme de Lyot est réalisé par un miroir percé. Un premier modèle a été utilisé à l’observatoire d’Itajuba et du Pic du Midi. Le prochain modèle sera un instrument permanent du télescope de 1 mètre du Pic du Midi. Les domaines scientifiques abordés seront : les satellites proches des planètes (Mars, Jupiter, Uranus et Neptune), les astéroïdes doubles et les disques protoplanétaire. Il sera également un prototype du coronographe du télescope SOAR américano brésilien. Campagnes d’observation de phénomènes mutuels (J.-E. Arlot, F. Colas, N. Emelianov, V. Lainey, Ch. Ruatti, W. Thuillot, R. Vasundhara) Tous les six ans, les satellites galiléens de Jupiter présentent des phénomènes d’occultation et d’éclipse dont l’observation apporte des informations scientifiques précieuses. Les satellites galiléens 52 de Jupiter ont présenté des phénomènes mutuels en 1997 et en 2003. Les observations réalisées en 1997 ont permis de publier des positions astrométriques qui ont servi à l’ajustement de théories (L1 de l’IMCCE, SAT236 du JPL). Le catalogue est en cours de publication mais une analyse a déjà été faite par comparaison à un modèle photométrique incluant la prise en compte d’effets de variations photométriques de zones de surfaces (Vasundhara et al. 2003). La campagne de 2003 a nécessité une nouvelle coordination de nombreux observateurs. L’équipe GAP (J.-E. Arlot, W. Thuillot) a coordonné une campagne internationale d’observation qui a rassemblé plus de 40 observatoires dans le monde, une nécessité pour observer le maximum de phénomènes, ceux-ci se produisant irrégulièrement sur une période d’un an. Plusieurs membres de l’équipe GAP ont eux-mêmes réalisé des observations (Pic du Midi, observatoire de Haute-Provence). Cette dernière campagne est terminée et les observations sont en cours de réduction. Les observations de la campagne PHESAT95 d’observation des phénomènes mutuels des satellites de Saturne ont été analysées et un catalogue en a été déduit (Thuillot et al. 2001). Une comparaison à un modèle photométrique a été réalisée (Noyelles et al. 2003). Essaims météoritiques (J. Vaubaillon, F. Colas) Une étude des essaims météoritiques a été réalisée avec le soutien du CNES. Ce travail a permis de modéliser l’évolution de plusieurs essaims météoritiques, en particulier de celui des Léonides qui est le plus actif ces dernières années. Jusqu’à présent les modèles de prédiction des pluies d’étoiles filantes étaient fabriqués à partir de modèles relativement primitifs et n’ont jamais réussi à prédire un phénomène de façon correcte. En fait ces modèles de « mécanique céleste » ne prenaient pas ou peu en compte les phénomènes physiques. Notre idée a donc été de collecter tout ce que l’on sait sur les propriétés physiques des comètes qui sont la source des essaims d’étoiles filantes. Nous avons alors réalisé un modèle complet de prédiction des pluies d’étoiles filantes, depuis l’éjection de la matière cométaire du noyau, en passant par l’étude des forces non gravitationnelles s’exerçant sur les particules durant les multiples révolutions autour du Soleil, en finissant par la modélisation de la chute dans l’atmosphère terrestre. Enfin pour avoir le moins d’à priori possible sur notre modèle, nous avons intégré de nombreuses particules afin d’explorer par une méthode de Monte-Carlo les paramètres physiques à ajuster. Pour ce faire nous avons dû utiliser les importants moyens de calcul parallèle du CINES (Montpellier). Ce travail appliqué dans un premier temps aux Léonides s’est montré le meilleur aussi bien pour la prédiction des heures des pluies que pour leur intensité. Cette année encore notre prédiction des Perséides 2004 a été la meilleure. Comme nous avons mis des paramètres physiques dans notre modèle, nous sommes parvenus à ajuster la répartition en taille de la poussière cométaire dans la gamme de 10 microns à 10 centimètres. Ce résultat est important car les mesures de poussière cométaires depuis la Terre ne concernent que les très petites particules observables dans la coma. En dehors des prédictions nous avons montré pour la première fois que les courants de météoroïdes peuvent être dépeuplés par endroit à cause de passages proches de planètes. Nous avons même montré que des pluies importantes peuvent avoir lieu alors que la comète parente est à l’aphélie. Pour compléter notre étude nous avons également réalisé des observations. En effet la plupart des mesures d’intensité de pluies d’étoiles filantes proviennent d’observations visuelles qui sont difficiles à évaluer, nous avons développé un programme de dépouillement automatique des observations vidéo afin d’éliminer le facteur humain des observateurs. Ce travail se poursuit avec une amélioration de notre modèle cométaire et une extension à toutes les pluies. (Vaubaillon 2002a, Vaubaillon 2002b, Vaubaillon et Colas 2002, Vaubaillon et al. 2003, Vaubaillon 2004). 53 Fig. 3. - Effets de marées dans le système galiléen. Une des conséquences des effets de marées entre Jupiter et ses satellites est l’existence probable d’une accélération séculaire dans leurs mouvements. Détecter l’accélération séculaire de Io permettrait de mieux caractériser la structure interne du satellite via une meilleure connaissance de son nombre de Love k2 et de sa fonction de dissipation Q. Ces graphes montrent les résidus obtenus dans une comparaison du modèle dynamique L1 (Lainey 2002) ajusté aux observations avec une intégration numérique reprenant les mêmes conditions initiales mais incluant également des effets de marées. A gauche, le rapport k2/Q égal ici à 0.015 est une valeur possible puisque les résidus restent inférieurs à 50 mas (résidus en secondes de degrés en ordonnées) sur 100 ans (dates en années en abscisses), ce qui est conforme à leur absence de détection. A droite, les résidus sont obtenus cette fois avec un rapport k2/Q pris à 0.1 et sur une durée de seulement 70 ans. Les valeurs des résidus supérieures à 100 mas devraient alors avoir été mesurées, ce qui n’est pas le cas, le rapport k2/Q réel est donc bien inférieur (Lainey & Tobie 2004). Fig. 4. - Modélisation des essaims météoritiques. Cette figure montre le courant de 1888 de l’essaim des Pi-Puppides tel qu’il sera en 2049. La structure en anneau est due à une rencontre avec Jupiter se produisant en 2047, mais ce courant est précédemment perturbé par des rencontres successives et montre de multiples sous structures (Vaubaillon & Colas, 2005). 54 Observation d’astéroïdes binaires en haute résolution angulaire (P. Descamps, J. Berthier, D. Hestroffer, F. Vachier) Avec Franck Marchis de l’université de Berkeley, nous avons mis sur pieds depuis 2001 un vaste programme à long terme d’étude des systèmes binaires au sein des astéroïdes et plus particulièrement ceux de la ceinture principale. L’objectif est double : détecter de nouveaux systèmes binaires au sein de la population astéroïdale et effectuer une astrométrie de très haute précision des systèmes binaires déjà connus. Nous utilisons la technique de l’optique adaptative sur très grands télescopes permettant une très haute résolution angulaire : Lick-Shane (Lick observatory), KeckII (W. M. Keck Observatory) et VLT-UT4 (ESO). Ces observations ont en particulier conduit à l’étude dynamique et physique des systèmes binaires de Kalliope et d’Hermione (Marchis et al., 2003a et 2003b). Quatre systèmes binaires, 22 Kalliope, 45 Eugenia, 90 Antiope et 121 Hermione, ont donc pu être observés intensivement durant plusieurs campagnes d’observation (octobre/novembre 2001, avril 2002, janvier 2003, décembre 2003, janvier, février et juin 2004). La collecte d’observations de positions relatives nous a permis de déduire l’orbite du satellite (considéré comme étant l’objet le plus petit des deux) autour du corps primaire. Ce type d’observation est très important car il permet la mesure de la masse de l’astéroïde central à l’aide de la troisième loi de Kepler. Par ailleurs, si l’objet central est résolu, on peut également estimer ses dimensions et donc remonter à la densité. Cette caractéristique physique de l’objet est des plus importantes dans la connaissance de sa structure interne. D’autre part, l’observation de ces systèmes sur de longues bases de temps pouvant atteindre quelques années a permis de mettre en évidence des effets séculaires dans le mouvement du nœud et du péricentre des orbites des satellites d’astéroïdes. Ces mouvements sont principalement imputables au terme J2 gravitationnel. Nous avons donc pu mesurer pour ces objets la valeur de l’harmonique zonal J2 de l’astéroïde central. La connaissance de cette quantité nous renseigne également sur la structure interne de l’astéroïde. De ces campagnes intensives d’observation astrométrique, des éphémérides de ces quatre systèmes ont été mises au point. Elles nous ont permis de réaliser les premières prédictions d’occultations stellaires par des satellites d’astéroïdes (IAU Circulars 8264, 8285, 8338 en 2004). Elles devraient également permettre de prédire les phénomènes mutuels de ces systèmes, notamment Antiope en août 2005. Nous observons également les astéroïdes Troyens (points de Lagrange L4 et L5 de Jupiter), les Centaures (5 < à < 30ua) et les objets transneptuniens (TNO). L’objectif poursuivi est l’étude dynamique et planétologique de ces corps et en particulier la recherche de cas de binarité, de corps glacés (apparentés aux comètes inactives) et l’étude de leur structure interne (morphologie, masse, densité). Ce travail a nécessité le développement de méthodes astrométriques nouvelles adaptées à l’observation en optique adaptative ainsi qu’une méthode originale de détermination d’orbite (Descamps 2004). En effet, au sein des systèmes binaires astéroïdaux, on ne dispose que de très peu d’informations. En général la forme de l’astéroïde et la position du pôle sont plus ou moins bien connues. Ces paramètres sont extrêmement importants pour estimer les mouvements séculaires de l’orbite et du plan de l’orbite (par l’intermédiaire du J2) ainsi que l’inclinaison du plan orbital sur le plan équatorial du primaire. De plus, compte tenu des difficultés inhérentes à ce type d’observation, le plus souvent on ne peut disposer que d’une série assez réduite d’observations sur quelques jours consécutifs. Les méthodes classiques d’analyse d’orbite ne peuvent s’appliquer qu’aux prix d’hypothèses réductrices sur l’orbite elle-même (excentricité et inclinaisons nulles). La méthode originale développée à l’IMCCE permet de s’abstenir de toutes hypothèses semblables et donne accès à l’ensemble des éléments orbitaux ainsi qu’à une mesure directe du J2 pourvu que l’on dispose d’observations séparées par une période de temps suffisamment longue. 55 Observation d’astéroïdes binaires : études photométriques et occultations stellaires (F. Colas, J. Berthier, F. Vachier, J. Vaubaillon) Il y a peu d’observations directes de satellites d’astéroïdes car cela demande beaucoup de moyens en temps et en instrumentation. Cependant l’étude des courbes de lumière des astéroïdes, comme les transits d’exo planètes, permet de détecter des objets que l’on ne peut pas observer directement. Le problème est d’observer pendant longtemps ces objets, mais ils sont brillants et accessibles à de petits télescopes d’amateurs. L’idée a donc été de coordonner des observations. Les résultats vont au devant de nos ambitions vu que cette année nous avons trouvé quatre astéroïdes binaires : Tama, Debussy, Berna et Frostia : IAUC8265, 8292, 8354, 8389. Nous observons aussi les occultations d’étoiles par des astéroïdes ce qui donne des profils. La combinaison des ces méthodes d’observation permet d’avoir un modèle en 3 dimensions de ces astéroïdes binaires et d’obtenir de façon extrêmement précise la densité de ces objets. Ce paramètre est particulièrement important pour la connaissance de la formation des astéroïdes. Est-ce que la plupart des astéroïdes ont une structure en « tas de gravats » à faible densité ou a-t-on des densités proches de celle des silicates ? Ces paramètres sont importants pour connaître la masse globale des astéroïdes de la ceinture principale et sont des contraintes pour les modèles de formation du système solaire. Il est pour le moins étonnant de voir que l’on peut obtenir ce genre d’information à partir d’une coopération entre astronomes amateurs et professionnels. Études astrométriques et physique d’astéroïdes (D. Hestroffer, W. Thuillot, J.-B. Kikwaya, A. BecBorsenberger, A. Baudrand, A. Fienga) Télescope spatial En collaboration avec l’équipe de planétologie (P. Tanga, A. Cellino, V. Zappala, M. Di Martino) et d’astrométrie (M. Lattanzi) de l’observatoire de Turin, nous avons réduit et analysé les observations faites par l’interféromètre FGS du Hubble Space Telescope. La procédure de réduction, d’analyse et d’inversion est décrite dans Hestroffer et al. (2002). Cette proposition (cycle 9 proposal #7488, PI V. Zappalà) retenait 6 astéroïdes ciblés potentiellement binaires. L’inversion des données (Tanga et al. 2003) a montré qu’aucun de ces larges astéroïdes n’était à proprement parler de nature binaire (i.e. deux composantes de taille similaire séparées ou en quasicontact). Cependant ces observations montrent que l’astéroïde 216 Kleopatra a une forme non convexe (Tanga et al. 2003) en accord avec les observations radar effectuées peu de temps auparavant par une équipe américaine menée par S. Ostro, JPL). Les modèles utilisés pour l’inversion des données prennent en compte les éphémérides physiques de ces astéroïdes, mais restent à ce stade limités à des formes ellipsoïdales (éventuellement une composante double). Nous avons ensuite développé le code en permettant de modéliser le signal observé pour des formes plus complexes (non convexe, modèle topographique, ...). Ceci a permis de tester le modèle radar proposé par Ostro et al. (2000) au vu des observations de haute résolution angulaire du HST/FGS (Hestroffer et al. 2002). En collaboration avec M. Kaasalainen (observatoire de Helsinki, Finlande) nous avons effectué une analyse similaire pour les modèles topographiques obtenus par inversion de courbes de lumière. Ceci a permis d’une part de valider les formes des modèles, et d’autre part de déterminer de manière précise la taille et le volume de ces corps (Hestroffer et al 2002) paramètre fondamental généralement mal connu. Dans le futur nous projetons d’effectuer l’inversion simultanée des données photométriques, radar et HST, en particulier pour des astéroïdes doubles dont on connaît par conséquent la masse. Telescopio Nazionale Galileo (TNG) En collaboration avec A. Cellino (obs. de Turin), et entre autres E. Diolatti (obs. de Padoue) et P. Tanga (observatoire de la Côte d’Azur), nous effectuons des observations en haute résolution angulaire (speckle et OA) au Telescopio Nazionale Galileo (3.5m). Cette campagne d’observation 56 permet de déterminer la taille apparente et la forme d’astéroïdes de la bande principale, données qui permettent d’une part de définir l’axe et le sens de rotation de ces astéroïdes, et d’autre part de calibrer la base IRAS (Cellino et al. 2003). Figures d’équilibre En reprenant les travaux de K. Holsapple, nous avons développé un code de calcul permettant de borner la densité d’un astéroïde en fonction de sa forme ellipsoïdale, et sa vitesse de rotation (stage de P. Delva). Cette étude se poursuit par l’analyse de figures d’équilibre de Jacobi parmi les astéroïdes. Masses d’astéroïdes Les masses des astéroïdes sont mal connues, or leur influence sur la trajectoire de Mars en particulier n’est pas négligeable. Par ailleurs, la connaissance de ces masses est bien sûr fondamentale pour mieux connaître la nature et l’origine de ces objets. La méthode des rapprochements entre astéroïdes permet d’atteindre la connaissance de certaines masses. Nous avons ainsi poursuivi la recherche de rapprochements entre des astéroïdes durant les 20 années à venir, de tels rapprochements permettant de déterminer la masse du plus gros par l’analyse de la perturbation qu’il crée sur la trajectoire du plus petit. Nous comptons pour cela procéder par application de la méthode développée par J.-F. Bange. Le résultat de cette étude a été publié dans un article (Fienga et al., 2003). Pour préparer les déterminations de masse, nous devons déterminer avec le plus de précision possible les trajectoires perturbées des astéroïdes concernés, ce qui implique de réaliser des observations CCD de grande précision dès à présent. Un programme se déroule dans ce cadre à l’observatoire de Haute-Provence (Thuillot et al. 2001). Détection astrométrique de satellites d’astéroïdes Nous avons mené plusieurs campagnes d’observation d’astéroïdes suspectés d’être accompagnés de satellites. Les observations CCD ont été réalisées au télescope de 1.20m de l’observatoire de HauteProvence, et à plusieurs reprises en conjonction avec des observations des mêmes cibles menées depuis l’observatoire d’Itajuba (Brésil) par Cl. Angeli et R. Vieira-Martins. L’objectif est de rechercher dans des résidus de mesures de positions suffisamment denses, grâce à une astrométrie de précision et à l’utilisation d’une analyse en fréquence, la signature astrométrique d’un mouvement autour du centre de gravité commun de ce type de système. Des résultats préliminaires ont été obtenus (Thuillot, 2001, Kikwaya et al. 2002, 2003a, 2003b). Astéroïdes du Survey DENIS (Deep European Near Infrared Southern Sky Survey) Le Survey DENIS a réalisé la cartographie complète et profonde du ciel austral dans l’infrarouge proche (0.8-2.2 micromètres). Les observations ont été réalisées sur le télescope de 1 mètre de l’ESO au Chili avec une caméra à trois voies spécialement dédiée au survey, dans le cadre d’un programme européen, impliquant plusieurs laboratoires répartis dans huit pays (programme clé de l’ESO). Le système solaire contient un grand nombre d’astéroïdes. Plus de 200 000 d’entre eux sont catalogués avec leurs éléments orbitaux. Ces derniers permettent de repérer et d’identifier ces astéroïdes. Comme la stratégie d’observation de DENIS ne prévoyait pas, en général, de mesures redondantes qui permettraient de mettre en évidence ces objets par leurs déplacements sur un fond d’étoiles, seule la connaissance préalable aux observations de leurs positions, et éventuellement de leurs indices de couleur, permet de les repérer. Avec A. Barucci (LESIA, observatoire de Paris) et A. Baudrand, nous avons poursuivi le programme suivant : - Identification des astéroïdes détectés lors du survey. - Ajustement à partir des observations des indices de couleur dans les bandes I, J, K. 57 - - Ces nouvelles données permettront de compléter les données photométriques déjà existantes. En effet, disposer d’une bonne détermination de l’indice de couleur obtenu avec les filtres I, J, K pour un grand nombre d’astéroïdes est très utile pour comprendre la nature chimique des astéroïdes ou plus précisément de leur état de surface. Nous aurons alors, ces déterminations étant corrélées avec leur position dans le système solaire et leur évolution, des éléments essentiels pour expliquer leur origine. À partir des 2380 « strips » disponibles dans la base DENIS du PDAC, en janvier 2001 (soit environ 47% du ciel austral) nous avons associé 1385 sources cataloguées à des positions d’astéroïdes de 1 à 8000. En raison des détections multiples d’un même objet, cela nous donne 1233 astéroïdes qui se répartissent ainsi : 378 détectés en bandes I, J, K, 692 détectés en bandes I, J, 315 détectés en bande I. Cette première série de résultats a fait l’objet d’une publication (Baudrand et al. 2001) et a été présentée à la conférence Asteroids 2001, en juin 2001. Nous avons poursuivi cette recherche avec la suite du survey en cours de réalisation. Dans les 2500 nouveaux strips enregistrés dans la base depuis la précédente release, le nombre d’astéroïdes détectés est le suivant : 219 détectés en bandes I, J, K, 395 détectés en bandes I, J, 191 détectés en bande I. Cette nouvelle série de résultats fait l’objet d’un nouvel article (Baudrand et al. 2004). Études préparatoires de la mission spatiale GAIA (D. Hestroffer, J. Berthier, F. Colas, W. Thuillot) Suite à une analyse des capacités scientifiques de la mission GAIA en ce qui concerne les objets du système solaire (Hestroffer 2002, MEMSAI, EAS) et plus particulièrement les astéroïdes de la bande principale (système de référence, détermination de masse, de diamètre, tests de la relativité générale, observabilité‚ des IEOs et KBOs, ...), nous avons entrepris des simulations plus précises des observations et observables GAIA en tenant compte de l’évolution du « design » de l’instrument. Notre équipe est impliquée dans différents groupes de travail GAIA : « Simulation working group » (SWG), « Relativity & reference frame » (RRFWG), et de manière plus importante dans le « Solar system WG » (SSWG, coordinateurs F. Mignard, observatoire de la Côte d’Azur, et V. Zappalà, observatoire de Turin). L’avancement des différentes tâches est présenté lors de réunions bi-annuelles (cf. http://www.obs-nice.fr/tanga/SSWG/). Une partie de notre activité consiste en la simulation des observations sur le plan focal en collaboration avec F. Arenou, C. Babusiau et S. Mignot (observatoire de Paris). Elle permet en outre de fournir des simulations d’observations pour test d’algorithme de détection et de localisation. La détermination de la précision de localisation dans le détecteur astrométrique a été effectuée en prenant en compte la taille et la vitesse des astéroïdes, nous effectuons actuellement une analyse similaire pour le champ astrométrique principal. Nous étudions, en collaboration avec A. Cellino (observatoire de Turin, chercheur invité à l’IMCCE pendant un mois en août 2003) et A. Dell'Oro (observatoire de Turin), l’écart systématique entre l’image d’un objet résolu et celle d’une source ponctuelle. Cet écart permet de déterminer la taille d’un astéroïde et le pouvoir de résolution de l’instrument. À cet effet nous comparons les résultats de deux codes de simulation d’images sur le plan focal, et nous développons une méthodologie d’inversion des données adaptée à l’instrument. Dans notre collaboration avec A. Cellino, nous avons en outre fourni des simulations de données d’observations GAIA pour l’élaboration de son algorithme d’inversion de courbes de lumières. Une autre action que nous menons au sein du SSWG est le calcul et l’analyse de la représentation des éphémérides (intégration numérique directe, approximation en polynômes de Chebytchev, au problème des 2 corps, ...) des astéroïdes afin d’obtenir un « catalogue d’entrée » en vue de l’identification des objets. Cette action est maintenant étendue à l’amélioration des orbites des astéroïdes à partir de la prise en compte des seules observations GAIA. En outre, en collaboration avec P. Tanga (observatoire de la Côte d’Azur), nous fournissons des éphémérides des satellites naturels pour l’analyse de leur observabilité. Nous participons également à l’étude de faisabilité de mesures de vitesses radiales d’astéroïdes (collaboration avec T. Zwitter, observatoire de Ljubljana, D. Katz et A. 58 Doressoundiram observatoire de Paris). Celles-ci permettront de fournir des calibrateurs de vitesse supplémentaires à la mission GAIA, ainsi que des paramètres dynamiques pour la détermination d’orbites d’astéroïdes (stage de A. Decoene). Dans le cadre du SSWG, nous menons aussi l’opération de mise en place d’un réseau d’observation au sol pour mener sur alerte des observations de « Follow up GAIA ». L’objectif est de pouvoir, lors de la mission GAIA, obtenir très rapidement des observations de position d’objets éventuellement en mouvement rapide (par exemple des objets géocroiseurs) qui sans cela risqueraient d’être perdus. Une dizaine de stations (France, Russie, Ukraine, Brésil, USA) se sont actuellement déclarées intéressées par ce projet. Occultations stellaires par les astéroïdes et les satellites naturels (J. Berthier, F. Colas, W. Thuillot, J.-E. Arlot) L’observation des occultations d’étoiles par les astéroïdes et les satellites naturels est un moyen unique de mesurer directement leur dimension, leur forme, d’étudier le cas échéant leur atmosphère et d’améliorer notre connaissance dynamique de leur mouvement. Dans cet objectif, nous réalisons chaque année des prédictions d’observations de ces phénomènes (publiées dans l’Annuaire du Bureau des longitudes – Éphémérides astronomiques) et menons à bien de nombreuses campagnes d’observation. C’est ainsi que nous avons contribué à l’observation d’occultations d’étoiles par plusieurs astéroïdes (notamment Diotima, Tercidina, Alphonsina, Bertholda). Nous avons également contribué à l’observation d’occultations stellaires par d’autres objets, notamment par Pluton-Charon, et les satellites Titania (Sicardy et al. 2001) et Titan. Pour les satellites naturels comme pour les astéroïdes cette méthode est extrêmement efficace et permet d’obtenir des informations fondamentales sur l’atmosphère de ces objets. En effet on ne cherche pas à obtenir les formes de ces satellites qui sont bien connues à l’inverse de celles des astéroïdes, mais la chute de lumière ainsi que l’observation d’un flash central nous renseigne sur le profil de pression et de densité des atmosphères des satellites. Cette méthode a été employée avec succès en Équateur pour Titan en 2001 où nous avons prouvé que Titan n’a pas d’atmosphère jusqu’à un niveau de 10-5 millibars. Nous avons aussi montré un changement de profil de pression pour Pluton grâce à l’observation d’une occultation pour laquelle nous sommes allés au Chili en 2002 (Sicardy et al. 2002, 2003). Enfin nous avons observé une occultation de Titan en 2003 en Afrique du Sud. Cette observation sera utilisée pour la réduction des données de la sonde européenne Huygens qui va rentrer dans l’atmosphère de Titan. À ces occasions, nos observations, faites au Pic du Midi ou à l’OHP, ont servi à calibrer l’astrométrie de ces phénomènes, et ainsi à obtenir plus facilement du temps sur les grands télescopes (VLT, NTT, SAAO, etc…) et à déterminer plus précisément les sites mobiles d’observation sur les bandes de centralité. Études planétologiques à la station d’observation du Pic du Midi (F. Colas, F. Vachier, en collaboration avec J. Lecacheux, LESIA, Obs. de Paris) Spécificité du télescope de 1 mètre du Pic du Midi Le télescope de 1 mètre du Pic du Midi est utilisé principalement pour des études sur les objets du Système Solaire. L’entière disponibilité de ce télescope pour notre équipe en fait un instrument efficace pour l’étude des objets demandant des observations sur de longues périodes. Par ailleurs le Système solaire nous réserve souvent des surprises (nouvelles comètes, occultations d’étoiles par des astéroïdes, astéroïdes géocroiseurs, etc…) pour lesquelles il nous est facile d’organiser pratiquement du jour au lendemain des campagnes d’observation. La souplesse d’utilisation de cet instrument est 59 notre principal atout qui nous permet d’obtenir une importante production scientifique avec un télescope de taille modeste. De plus le Pic du Midi s’insère bien dans les campagnes d’observation multi sites en particulier avec l’observatoire d’Hawaii situé pratiquement à 180 degrés de longitude. Enfin le Pic du Midi est aussi reconnu pour sa très bonne qualité d’images permettant des observations exceptionnelles de surfaces planétaires et de satellites naturels proches des planètes. Cet ensemble nous permet d’obtenir en moyenne ces dix dernières années entre 5 et 6 articles par an, ainsi que de nombreuses communications pour des colloques et également de nombreuses circulaires UAI. Il est à noter à ce propos que nous réalisons souvent des travaux en dehors de notre domaine lorsque l’on nous demande par exemple de confirmer une super nova. Étude des comètes Comme nous l’avons montré dans le passé pour les comètes Hale Bopp et Hyakutake, il est possible de faire de nombreuses recherches originales avec un « petit » télescope de 1 mètre de diamètre, du moment que l’on peut pallier la taille de l’instrument par de longues périodes d’observation. Ces données étalées sont les seules qui permettent de caractériser les paramètres de rotation du noyau ainsi que l’activité des comètes en dehors de la période du périhélie surveillée par les plus gros télescopes. Nous avons décidé de poursuivre ce genre de travail sur l’ensemble des comètes pouvant être correctement observées depuis le sol avec le télescope de 1 mètre de l’observatoire du Pic du Midi. Nos critères sont basés sur la proximité de la comète afin de mettre en évidence les processus de fragmentation du noyau et sur la brillance géocentrique de celle-ci. Ces dernières années on a ainsi observé intensivement 1 à 2 comètes par an, ce qui représente déjà un gros effort pour notre petite équipe. Nous sommes aussi en cours de fabrication d’un spectro réducteur grand champ qui nous permettra d’ajouter le domaine UV à nos mesures et plus particulièrement les raies OH et CN complémentaires à nos mesures morphologiques de la coma. Fragmentation des noyaux cométaires Nous avons remarqué que dès qu’une comète s’approche à moins de 0.5 UA il est pratiquement toujours possible de voir une fragmentation de morceaux d’une à quelques dizaines de mètres. Cela a été mis en évidence pour la comète Hyakutake mais aussi pour Linear S4. Pour cette raison nous avons décidé de lancer des campagnes d’observations systématiques de toutes les comètes passant en dessous d’une distance géocentrique de 0.5 UA. Cela représente une à deux comètes par an. Depuis Hale-Bopp, nous avons ainsi observé Tempel-Tuttle, LINEAR S4, LINEAR WM1, Ikeya Zhang. Nous avons en particulier suivi l’extraordinaire LINEAR S4 qui s’est désintégrée sans laisser de trace, nous n’avons malheureusement pas d’images de la rupture du noyau suite à une panne de caméra CCD, mais nous avons pratiquement un an d’observations réalisées avec des filtres larges propre à l’étude de la morphologie de la coma et avec des filtres interférentiels. Coma interne Comme nous l’avons montré pour Hyakutake, des structures peuvent provenir d’effet d’ondes de choc et du dégazage d’un noyau non sphérique. La surveillance systématique des comètes brillantes (magnitude < 12) permet d’apporter des contraintes observationnelles à ces modèles. D’un autre côté, l’explication des structures internes de la coma par des jets collimatés est toujours valable comme l’ont montré les études sur Hale-Bopp et Hyakutake. La récente comète Ikeya Zhang représente un intéressant problème où nous allons essayer de modéliser un noyau en rotation et la présence de nombreuses zones actives. 60 Étude des paramètres de rotation et des formes des astéroïdes par les courbes de lumière Les astéroïdes sont des restes de la nébuleuse primitive, ils nous renseignent sur la formation de notre système solaire. Des paramètres importants sont leur forme et leurs paramètres de rotation. À part des observation spatiales in situ il n’y a guère que l’étude des courbes de lumière qui peut nous renseigner dans ce domaine. Mais cette étude est longue car il faut avoir des données lors de plusieurs oppositions pour différentes géométries (Terre-Soleil-Astéroïde). Cela demande beaucoup de temps de télescope pour des résultats qui arrivent seulement plusieurs années après. Nous avons entamé depuis maintenant une dizaine d’années une collaboration avec une équipe de l’observatoire de Poznan en Pologne sur le sujet, nous avons eu un financement de l’institut Chopin pour ce travail, il nous a permis de faire des échanges de missions avec nos collègues Polonais, cette collaboration est fructueuse car nous avons déjà publié de nombreux articles (Michalowski et al. 2000, 2001, 2002) environ un par an depuis une dizaine d’années. Actuellement nous concentrons nos efforts sur un problème étonnant à savoir les astéroïdes doubles. Jusqu’à présent on pensait qu’ils étaient rares, mais les observations du HST, du CFHT et du Keck en ont trouvé déjà une vingtaine, les études photométriques permettent de suivre les éclipses mutuelles des satellites et ainsi de mesurer avec précision la taille des astéroïdes ce qui ne peut pas être fait par une autre méthode. De plus ces deux derniers mois deux astéroïdes (Tama et Berna) ont été reconnus doubles uniquement par l’aspect de leur courbe de lumière. Nous suivons donc activement ces objets. Occultations astéroïdales Les occultations d’étoiles par des objets du système solaire sont un moyen puissant et précis d’analyser les formes voir les atmosphères d’objets lointains qui parfois ne feront jamais l’objet d’étude par une sonde interplanétaire. Le cas des astéroïdes est tout à fait emblématique, en effet nous n’avons des images détaillées que pour une poignée d’entre eux par les sondes spatiales en route vers d’autres objectifs ou pour quelques astéroïdes géocroiseurs où l’on peut faire des observations radar. Nous connaissons plus de 300 000 astéroïdes et seulement une dizaine en détail, ce dernier chiffre ne va pas beaucoup évoluer dans l’avenir car les sondes interplanétaires sont rares. Par contre les occultations d’étoiles par des astéroïdes sont nombreuses et maintenant bien prédites grâce à la qualité du catalogue Hipparcos. Le seul problème (comme pour les éclipses de Soleil) est qu’il faut se déplacer vers la bande de centralité. De plus pour augmenter la qualité des prédictions nous faisons des observations astrométriques de certains astéroïdes ou satellites. Le but est de pouvoir mobiliser de nombreux observateurs sur un phénomène ou il est parfois nécessaire de se déplacer. Dans ce cadre la Station de Planétologie des Pyrénées essaie d’organiser les observateurs souvent amateurs pour obtenir des données utilisables comme pour Tercidina (voir http://www.euraster.net/results/2002/20020917-Tercidina.html) ou plus récemment pour Hermione. Cet astéroïde est tout à fait emblématique de ce que l’on peut faire dans l’avenir avec une coopération entre les grands et les petits télescopes. La binarité de cet astéroïde a été trouvée par des observations du télescope Keck traitées par des membres du GAP (Jérôme Berthier, Daniel Hestroffer et Pascal Descamps), nous avons utilisé ces observations pour réaliser, en collaboration avec J. Lecacheux (LESIA), la première prédiction d’occultation stellaire par un satellite d’astéroïde (http://www.euraster.net/hermione/). Le mauvais temps n’a pas permis de faire une bonne observation, mais il y a cependant quelques observations positives. 61 Étude de la surface des astéroïdes Notre collaboration avec l’équipe polonaise de Poznan va nous permettre d’installer un spectrographe à faible résolution sur le T1M dédié à l’étude de la surface des astéroïdes. Nous allons ainsi réaliser sur plusieurs années une étude exhaustive des astroïdes de la famille de Flora. Nous espérons ainsi obtenir l’ensemble des paramètres physiques et dynamiques de cette famille et tenter d’obtenir des contraintes sur sa formation et en particulier sur son corps parent. Nous comptons aussi étudier quelques courbes de phase d’astéroïdes, en particulier l’effet d’opposition qui nous donne des renseignements sur la rugosité de surface du sol. On voit que la conjugaison de plusieurs types d’étude sur les astéroïdes nous permettra d’avoir une vue nouvelle sur ceux-ci. Cette étude est uniquement faisable grâce à la disponibilité de notre télescope de 1 mètre du Pic du Midi. Ceci étant notre équipe est basée principalement sur deux personnes (J. Lecacheux et F. Colas) nous essayons donc de multiplier les coopérations afin que ce télescope soit utilisé toute l’année. Étude des objets de Kuiper Nous avons participé à trois campagnes importantes de détections d’objets de Kuiper par occultation stellaire. En effet les petits objets de Kuiper sont impossibles à observer depuis la Terre du fait de leur magnitude apparente trop faible. Par contre on pense connaître le spectre de taille de ces objets. S’il est correct, un « petit » objet de Kuiper doit occulter une étoile 2 ou 3 fois par semaine (Roques et al. 2003). Nous avons ainsi observé durant trois semaines au Pic du Midi en collaboration avec le télescope de deux mètres des étoiles en photométrie rapide. Les données sont en cours de traitement. Études des satellites naturels des planètes La qualité d’image du Pic du Midi permet d’obtenir des positions astrométriques des satellites naturels proches des planètes. Ainsi par le passé nous avons réalisé de nombreuses observations des satellites de Saturne. Ces trois dernières années nous nous sommes concentrés sur les deux belles oppositions de Mars pour observer Phobos et Deimos. Les données sont en cours de traitement pour un article en coopération avec des astronomes de l’observatoire de Rio de Janeiro. Il est à noter que le dernier article traitant des observations astrométriques de ces satellites date de la dernière opposition perihélique de Mars de 1988 avec des images obtenues avec la première caméra CCD du télescope de 1 mètre du Pic du Midi. Par ailleurs nous avons aussi observé intensivement Thébé et Amalthée, deux des satellites proches de Jupiter. Études des planètes Enfin dans le cadre de coopération avec de nombreuses équipes nous continuons à faire des observations des surfaces planétaires : Mars : Avec Stéphane Erard de l’IAS nous avons observé la régression de la calotte polaire sud de Mars. En effet, il est encore utile de faire ce genre d’observation depuis le sol dans la mesure où les satellites artificiels en orbite autour de la planète ne font pas d’images globales de la planète. Jupiter : Nous avons mené une campagne importante d’observation avec la sonde Galileo, maintenant il faut continuer à faire un suivi de l’atmosphère en utilisant l’éclairage des découvertes de Galileo. On voit ainsi le perpétuel aller et retour entre les observations au sol et spatiales qui profitent les unes des autres. L’avenir scientifique du télescope de 1 mètre est ainsi bien assuré. 62 Saturne : À l’inverse de Jupiter, c’est maintenant l’arrivée de la sonde Cassini qui va permettre d’utiliser nos observations. Nous allons en particulier regarder les phénomènes de tempêtes dans l’atmosphère de la planète et les spokes dans les anneaux. On voit que la production du télescope de un mètre ne s’arrête pas à la seule astrométrie des objets du système solaire mais concerne toute l’étude astrophysique de ceux-ci. On remarque en particulier une connexion très productive entre divers domaines de l’observation : astrométrie, photométrie et spectroscopie. Évolution saisonnière de l’atmosphère de Triton (J. Berthier, Cl. Le Guyader) Sur le satellite de Neptune, Triton, l’atmosphère de N2 étant en équilibre solide/gaz avec toute ou partie de la surface de Triton recouverte de glace de N2, la pression, la température et la circulation atmosphérique sont entièrement contrôlées par la saison. Par exemple, lors de l’été austral (latitude subsolaire négative) la calotte sud tend à se sublimer tandis que la calotte nord tend à se condenser. Ainsi, la pression et la température sont la résultante de ces processus intégrés sur de longues périodes de temps. Depuis 1989, on observe une augmentation de la pression atmosphérique de Triton et par conséquent un réchauffement de son atmosphère. Or les modèles, basés sur la modélisation des variations de la latitude du point subsolaire de Triton établie par Trafton (1984), prédisent le contraire. Cette expression, établie au début des années 1980 et vérifiée quantitativement par Harris, n’a jamais été remise à jour, si bien que l’on peut être conduit à une interprétation erronée des dernières observations si les valeurs d’amplitudes et de fréquences ne s’avèrent plus réalistes. C’est ce que nous avons constaté en établissant un nouveau modèle de la variation temporelle de la latitude subsolaire de Triton sur la base des calculs d’éphémérides pour l’observation physique. Projet CODAM Dans le cadre d’une collaboration avec le département LESIA de l’observatoire de Paris, M. Birlan poursuit la mise en œuvre dans le bâtiment du LESIA à Meudon d’un Centre d’Observation à Distance en Astronomie (CODAM) commencée en 2002. Ce centre permet de réaliser des observations au télescope IRTF de l’université d’Hawaii. Plusieurs financements par le BQR de l’Observatoire ont été obtenus pour ce projet. Plusieurs sessions d’observation ont été obtenues et menées. 3.2.2. Activités de R&D (J. Berthier, P. Descamps, A. Fienga) Dans le cadre d’actions R&D pour le compte du CNES (Projet Mars Sample Return, Dossier Exploratoire Interplanétaire) et d’ASTRIUM (appel d’offre ESA) nous avons mené à bien différents travaux scientifiques et d’expertises sur le développement de la navigation des sondes interplanétaires dans le système solaire. Navigation interplanétaire : Depuis de nombreuses années nous apportons au CNES notre expertise scientifique dans les domaines de l’astrométrie, du calcul des éphémérides des corps célestes et de l’observation astronomique. En particulier, dans le cadre de la définition et de la préparation de futures missions vers Mars, nous développons un simulateur de scènes planétaires qui doit permettre de simuler les observations astronomiques réalisées par une sonde spatiale afin de déterminer sa trajectoire dans le système solaire. Ce travail est complété par une contribution sur la détermination des postes d’erreur quant à la détermination de l’orbite par des méthodes astrométriques et par la proposition de spécifications propres à la définition d’un système optique permettant de réaliser des observations astronomiques dans ce but. 63 Navigation optique : Nous avons réalisé une étude qualitative et quantitative sur l’exploitation des astéroïdes pour réaliser la navigation d’une sonde interplanétaire de manière autonome et embarquée. Ce travail d’expertise, réalisé pour le compte d’ASTRIUM, a contribué à la définition d’un système optique permettant à une sonde spatiale de voyager dans le système solaire. Orbitographie : Nous avons développé un intégrateur numérique pour le calcul des orbites des sondes interplanétaires (problème à 9 corps, approximation post-newtonienne, forces non gravitationnelles) utilisé par le CNES pour vérifier et valider ses propres développements en la matière. 3.2.3. Activités de service Des membres de l’équipe GAP ont la responsabilité ou participent aux activités de service de l’IMCCE, ces activités sont décrites plus en détail dans le chapitre 2. 3.2.4. Prospective pour la période 2005-2008 Les principaux thèmes sur lesquels les chercheurs de l’équipe GAP vont travailler sont précisés ciaprès et concernent l’étude des systèmes de satellites naturels, la planétologie des petits corps du système solaire et la préparation de la mission GAIA pour les objets du système solaire Étude des systèmes de satellites naturels Le travail principal concernera les satellites galiléens de Jupiter. Nous disposons des outils théoriques qui vont nous permettre de quantifier les effets de marée existants entre Jupiter et ses gros satellites et de fournir des contraintes sur la structure interne des satellites (collaboration avec G. Tobie à Nantes). Nous allons affiner la qualité des observations disponibles par la réduction des observations de phénomènes mutuels passés, l’analyse de plaques astrométriques numérisées réalisées dans les années 1990, période pour laquelle nous manquons d’observations (collaboration avec D. Pascu de l’USNO) et en utilisant les nouveaux catalogues d’astrométrie stellaires. Étude des petits corps du système solaire : planétologie dynamique et physique Physique des astéroïdes - forme des astéroïdes : nous allons continuer la modélisation des formes d’astéroïdes en utilisant deux techniques complémentaires : la prédiction et l’observation des occultations stellaires associées à l’inversion des courbes photométriques de rotation - observation astrométrique des satellites d’astéroïdes en optique adaptative et détection de nouveaux couples par un suivi astrométrique recherchant la signature d’un système double dans le mouvement du photo centre observé - étude spectroscopique des familles d’astéroïdes jeunes du type de la famille de Karine. Orbites des géocroiseurs Les astéroïdes géocroiseurs, et plus particulièrement les PHA (Potentially Hazardous Asteroids) sont de plus en plus nombreux à être connus. La prévention d’une collision terrestre, mais surtout une meilleure connaissance de ce type d’objets (dynamique, structure, âge), nécessite des études spécifiques, en particulier pour la modélisation dynamique. Nous envisageons d’étudier la sensibilité des orbites et la validité de l’extrapolation des éphémérides en fonction des diverses théories planétaires, génératrices de perturbations sur le mouvement des géocroiseurs. 64 Étude des comètes et des essaims météoritiques L’observation des noyaux cométaires va continuer, en particulier pour la modélisation des forces non gravitationnelles. Chaque comète est un cas particulier et doit avoir un modèle spécifique. Des observations vont continuer au Pic du Midi. La modélisation des noyaux et les éphémérides du mouvement seront effectuées, en particulier dans le cadre de la mission ROSETTA. Après le travail réalisé sur l’essaim des Léonides, nous envisageons d’étendre la modélisation dynamique à d’autres essaims pour mieux comprendre la formation des essaims, leur évolution et mieux prédire les pluies d’« étoiles filantes ». Étude des satellites naturels lointains Les satellites éloignés de Jupiter et de Saturne sont des petits corps semblables aux astéroïdes dont on ne connaît que peu de choses. Nous avons reconstruit des éphémérides pour Phoebé et entrepris une campagne d’observations sur la période 1998-2008 pour tous les satellites jusqu’à la magnitude 20 afin de mieux déterminer la précession des orbites. Une meilleure modélisation des mouvements permettra d’extrapoler les éphémérides sur une plus longue période. L’avènement de télescopes automatiques devrait permettre l’étude photométrique pour avoir une meilleure connaissance de ces objets, astéroïdes capturés récemment par les planètes géantes ou présents depuis la formation du système solaire. Couple Pluton-Charon Les éphémérides de Charon ne sont pas de très bonne qualité : nous envisageons d’exploiter les observations existantes, d’en réaliser de nouvelles, afin d’obtenir un meilleur modèle dynamique de ce couple. Préparation de la mission GAIA La future mission GAIA sera un événement majeur pour notre thématique et elle impliquera une nouvelle orientation de projets d’observation au sol des objets du système solaire et de modélisation dynamique. La mission GAIA va apporter deux choses : - environ 50 observations de tous les corps du système solaire jusqu’à la magnitude 20 réparties sur environ 5 ans. - un catalogue d’étoiles astrométrique qui va dépasser en précision et en nombre d’objets tous les catalogues existants. Ce catalogue va permettre une nouvelle réduction d’observations anciennes, c’est-à-dire une observation dans le passé. Ce type d’observation est extrêmement précieux pour l’étude dynamique des corps du système solaire. La haute précision des mesures de GAIA nous amène, comme premier axe de travail, à modéliser la forme des objets du système solaire pour fournir des méthodes de réduction appropriées aux données GAIA. Un deuxième axe de travail consiste à déterminer ce qui doit être observé aujourd’hui, dans la perspective de l’arrivée des observations GAIA : - observations à réduire à nouveau avec le catalogue GAIA - observations permettant une meilleure extrapolation des éphémérides en association avec les données GAIA. Nous prévoyons d’étudier la propagation des erreurs dans les modèles dynamiques pour optimiser les observations à réaliser aujourd’hui. Méthodes et outils utilisés : Pour les travaux prévus, les outils utilisés concernent la modélisation des mouvements et des formes des objets d’une part, et l’utilisation de télescopes et l’optimisation des récepteurs adaptés aux recherches menées. 65 La modélisation dynamique repose principalement sur l’intégration numérique. Une analyse en fréquences permettra de proposer des théories semi-analytiques d’usage plus aisé. Les observations nécessitent des télescopes qui sont de deux types : - des télescopes très disponibles pour les observations suivies nécessitant de nombreuses nuits d’observation (OHP et Pic du Midi). Notons l’évolution souhaitée vers des télescopes automatiques : des projets sont en cours à l’OHP (projet Arago) ainsi qu’au Pic du Midi (télescope de 2m automatique). - des télescopes équipés de récepteurs très spécifiques (Keck, IRTF, La Silla, …) : optique adaptative pour l’observation des satellites d’astéroïdes, infrarouge pour l’observation des satellites proches des planètes géantes, … Nous envisageons un développement des outils utilisés (une caméra CCD est en construction pour le Pic du Midi en collaboration avec l’observatoire de Bordeaux) et une forte participation aux projets de télescopes automatiques. Nous prévoyons également l’extension de nos réseaux d’observations des phénomènes pour permettre les observations astrométriques de suivi des objets découverts par GAIA mais qu’il faudra suivre du sol pour en déterminer les paramètres orbitaux. L’entretien de bases de données astrométriques est essentiel pour pouvoir disposer des données nécessaires à l’ajustement des paramètres des modèles dynamiques. Nous prévoyons d’alimenter notre base de données astrométrique des satellites naturels des observations nécessaires en prenant en compte l’arrivée des données GAIA dans les années à venir. 3.3. ASTRONOMIE ET SYSTÈMES DYNAMIQUES (ÉQUIPE ASD) Composition L’équipe ASD est composée des membres suivants : - Albouy A., chargé de recherche CNRS-MPB Chenciner A., professeur, Paris VII, UFR de Mathématiques Joutel F., professeur de mathématiques en classes préparatoires Laskar J., directeur de recherche CNRS-TOAE Niederman L., maître de conférence, Paris XI Orsay Robutel Ph., chargé de recherche CNRS-TOAE Sauzin D., chargé de recherche CNRS-MPB Féjoz J., maître de conférence, Paris VI Gastineau M., ingénieur de recherches CNRS Étudiants en thèse et postdoctorants - 66 Levrard B., postdoctorant Celli M., en thèse, ATER à Paris XIII (resp. A. Chenciner) Robadey A., en thèse, allocataire normalienne, moniteur à Paris VII (resp. A. Chenciner) Morin G., en thèse, allocataire de recherche (resp. A. Albouy) Couetdic J., en thèse, allocataire de recherche (resp. J. Laskar) Bodossian J., en thèse, allocataire de recherche (resp. Ph. Robutel) Manche H., en thèse, allocataire de recherche (resp. J. Laskar et A. Fienga) Membres associés - Bennequin D., professeur (Mathématiques Paris VII) Chaperon M., professeur (Mathématiques Paris VII) Marco J.-P., maître de conférence (Paris VI, UFR de Mathématiques) Chandre C., chargé de recherche CPT Marseille Marmi S., université de Florence, Italie Robin D., Lawrence Berkeley Laboratory, USA Simó C., université de Barcelone, Espagne Présentation L’équipe Astronomie et Systèmes Dynamiques est, issue d’une Jeune équipe universitaire (JE337), créée en 1992 dans le cadre du plan quadriennal de la DRED. Pluridisciplinaire, elle rassemble des astronomes et des mathématiciens. L’activité de l’équipe présente plusieurs facettes ; d’une part le développement d’outils théoriques, numériques ou de calcul formel adaptés à l’étude effective de systèmes dynamiques hamiltoniens (analyse en fréquence, méthodes résurgentes, calcul de séries de perturbations), d’autre part l’application directe, mais non exclusive de ces outils à des problèmes d’Astronomie (évolution à long terme et stabilité du Système solaire, formation du Système solaire, dynamique galactique, dynamique des accélérateurs, aspects géophysiques), enfin l’étude de problèmes purement théoriques de mécanique céleste (systèmes séculaires, configurations centrales, non-intégrabilité, orbites périodiques et quasipériodiques, phénomènes exponentiellement petits, diffusion). 3.3.1. Principaux résultats obtenus (2000-2003) 3.3.1.1. Étude des paléoclimats de la Terre et de Mars 1.1. Solutions astronomiques pour les paléoclimats de la Terre (J. Laskar, A. Correia, M. Gastineau, F. Joutel, B. Levrard, Ph. Robutel) 1.1.1. Introduction L’une de nos contributions fondamentales dans ce domaine a été la publication d’une solution directement utilisable par les paléoclimatologues, comprenant tous les éléments permettant le calcul des diverses insolations sur les 10 à 20 millions d’années où il est possible de faire des éphémérides (Laskar, Joutel, Boudin, A&A, 270, 522-533). Ce travail met aussi en évidence l’importance fondamentale d’une résonance provenant de l’action de Jupiter et de Saturne. Cette nouvelle solution a eu un écho important car elle mettait en évidence un lien nouveau entre la géophysique et la dynamique de la Terre. Ces solutions et programmes (La93) ont été installés sur les serveurs FTP anonymes du CDS de Strasbourg et de l’IMCCE pour être facilement accessibles à l’ensemble de la communauté ; de nombreuses demandes directes de cette solution ont aussi été reçues. Cette solution a l’avantage pour l’utilisateur d’être associée à un ensemble de programmes qui permettent de changer plusieurs des paramètres physiques dont l’évolution est encore mal connue. 67 1.1.2. Paléoclimats à long terme Nous étions en contact depuis plusieurs années avec les équipes qui utilisent les solutions La93 pour le mouvement de précession et d’obliquité de la Terre sur plusieurs millions d’années, mais depuis 1998, nous avons entrepris une collaboration plus active avec certains des acteurs principaux de la théorie des paléoclimats à long terme (P. Olsen, T. Herbert aux USA, N. Schackleton et son équipe à Cambridge, F. Hilgen et L. Lourens à Utrecht). L’enjeu est de première importance, et consiste à : - Analyser directement les données sédimentaires pour vérifier l’existence de signal astronomique dans les données et évaluer leur qualité. - Rechercher s’il est possible d’obtenir des informations géophysiques grâce à l’apport des données paléoclimatiques. - Trouver des traces de variations orbitales significatives dans le passé, en apportant ainsi des contraintes extrêmement fines sur les modèles dynamiques de l’évolution du Système solaire. Un premier pas a été effectué par la rédaction d’un article faisant le bilan des incertitudes dans les solutions de l’insolation, et des limites à l’établissement d’une solution astronomique précise sur plus de 30 à 40 Ma. En revanche si l’on se limite à l’utilisation de certains termes des solutions, liés aux planètes extérieures, et plus stables que les autres, il est possible d’étendre les calibrations géologiques sur des durées beaucoup plus longues, allant jusqu’à 200 Ma, en dépassant ainsi les limites strictes apportées par le caractère chaotique des solutions. L’autre point qui a suscité beaucoup d’intérêt dans la communauté des géologues est la possibilité de retrouver dans les séries sédimentaires des traces de l’évolution chaotique du mouvement orbital du Système solaire. Cette proposition est pour le moment embryonnaire, mais elle est tellement fascinante, que nous allons tester de manière beaucoup plus approfondie sa faisabilité. Des collaborations actives ont commencé dans ce sens avec le groupe de N. Shackleton à Cambridge (U.K.), et celui de P. Olsen au Lamont-Doherty Observatory (U.S.A.) auprès desquels J. Laskar a effectué plusieurs séjours. Dans le cadre de cet effort, nous avons travaillé dans ces dernières années à l’obtention d’une nouvelle solution pour l’évolution à long terme de l’insolation à la surface de la Terre. 1.1.3. Une nouvelle solution astronomique numérique pour l’étude des paléoclimats La solution astronomique La93 est basée sur une intégration numérique des équations du mouvement des planètes, après une moyennisation par rapport aux mouvements rapides que sont les mouvements orbitaux des planètes autour du Soleil. Cette moyennisation est obtenue analytiquement par des développements en séries par rapport aux masses, excentricité et inclinaisons planétaires. Cette opération, extrêmement lourde à mettre en œuvre, car faisant intervenir des séries de plusieurs centaines de milliers de termes, fut le prix à payer pour pouvoir étudier l’évolution des orbites sur plusieurs centaines de millions d’années, mais ne peut permettre que d’obtenir une solution de précision limitée. Actuellement, pour permettre l’étude des données sédimentaires au-delà de 20 millions d’années, nous cherchons à obtenir une solution la plus précise possible pour l’évolution à long terme du Système solaire. Dans ce cas, grâce à l’amélioration des performances des ordinateurs depuis dix ans, une intégration numérique directe (sans moyennisation) devient préférable. Le nouveau modèle est très complet et très proche de celui qui est utilisé pour les éphémérides à court terme les plus précises : DE200, DE405, DE406 du Jet Propulsion Laboratory (notons que DE406, l’éphéméride sur la plus longue durée n’est calculée que sur 5000 ans). Il comprend les 9 planètes principales du Système solaire, la contribution des effets relativistes dus au Soleil. La Lune est considérée comme un objet séparé, les termes principaux du potentiel terrestre et lunaire (J2) sont pris en compte ainsi que les effets dissipatifs dues aux termes de marée (sur la Terre et sur la Lune) dans le système Terre-Lune et la précession de l’axe de rotation terrestre. 1.1.4. Les erreurs numériques Dans une telle intégration directe sur un temps long, de plusieurs dizaines de millions d’années, le 68 problème de l’accumulation des erreurs de méthode et d’arrondi de l’ordinateur devient un problème majeur et difficile à résoudre sans utiliser la quadruple précision dont les temps de calculs restent prohibitifs. Nous avons donc particulièrement travaillé à réduire ces erreurs et à supprimer toute source d’erreur systématique. Pour effectuer ces intégrations, nous avons développé un nouvel intégrateur numérique symplectique d’ordre élevé (Laskar et Robutel, 2001) qui assure à la fois une très grande précision et une grande stabilité de l’intégration numérique à long terme tout en permettant d’utiliser un pas de calcul relativement grand (1.82625 jour) pour l’ensemble du système, y compris la Lune. Les paramètres de cette nouvelle solution sont obtenus à partir des références les plus récentes (DE406, IERS2000) et les conditions initiales obtenues par un ajustement avec DE406 pour tenir compte des petites différences de modèles. Les intégrations sont effectuées de -250 à +250 Ma, bien au-delà de la durée sur laquelle la solution orbitale de la Terre reste précise (30-40 Ma), afin d’étudier aussi la stabilité de leurs différentes composantes et les variations apportées par des petites différences de modèles. Ce travail a nécessité une très longue phase de mise au point, mais des versions préliminaires ont été déjà diffusées auprès de nos principaux collaborateurs en 2001 et 2003. La solution finale (déjà baptisée La2003 par les utilisateurs) est maintenant prête, et sera diffusée sur le WEB début 2004, alors que la publication associée est en phase finale de rédaction (Laskar et al., 2004). 1.1.5. Échelle géologique du Néogène La solution La2003 a déjà été diffusée auprès de certains collègues géologues (en particulier N. Shackleton à Cambridge, et F. Hilgen et L. Lourens à Utrecht), elle a permis une nouvelle détermination de la frontière Oligocène-Miocène à 23.03 Ma, au lieu de 23.8 Ma dans les déterminations précédentes. Une calibration géologique complète de la période du Néogène (23.03 Ma) vient d’être effectuée, en utilisant pour échelle de temps absolue notre nouvelle solution La2003. Cette nouvelle échelle de temps astronomique sera publiée dans l’ouvrage « A Geologic Time Scale 2004 » de la Commission Internationale de Stratigraphie (ICS) (Lourens et al., 2004). 1.2. La friction climatique et la variation de l’axe de la Terre (B. Levrard, J. Laskar) Pour expliquer les glaciations à basses latitudes du Néoprotérozoïque (950-550 Ma) mises en évidence par les données géologiques, G. E. Williams (1993) a supposé que l’obliquité de la Terre était à cette époque fort différente de la valeur actuelle et qu’elle pouvait atteindre 54° ou plus. Dans son article de 1993, G. E. Williams, mettant à profit la grande incertitude qui existe sur la valeur de la viscosité du noyau externe, invoquait la friction noyau-manteau pour permettre ensuite de ramener l’obliquité à sa valeur actuelle autour de 23°. Dans un premier travail (Néron de Surgy et Laskar, 1997), nous avons montré que ce scénario n’est pas possible, car la composante normale du moment cinétique de la planète étant conservé, un tel changement d’obliquité entraînerait un changement équivalent de la vitesse de rotation de la Terre, qui semble difficilement compatible avec les observations. Cependant, en 1998, Darren Williams, J. Kasting et L. Frakes publient, dans (Nature 396, 453455), un nouveau scénario en faveur d’une Terre à haute obliquité à (500-600 Ma), en se basant cette fois sur le mécanisme de la friction climatique, effet rétroactif possible des glaciations sur l’obliquité pouvant entraîner une dérive séculaire de celle-ci : quand la planète entre en période glaciaire, la redistribution des masses à sa surface induit une variation de ses moments d’inertie et donc une influence sur les variations d’obliquité. L’existence d’un terme résonant dans cette interaction entraîne l’apparition d’une dérive séculaire possible. Nous avons réexaminé en détail ce scénario pendant la thèse de Benjamin Levrard. Nous avons pu montrer que les valeurs avancées par D. Williams ont été très largement surévaluées. Nous avons réétudié l’impact de ce phénomène durant les grandes glaciations terrestres depuis 800 Ma, et nous montrons que si le mécanisme de friction climatique existe bien, il n’a pas pu changer l’obliquité terrestre de plus de 3 - 4° durant les derniers 800 Ma, l’effet réel étant sans doute encore moindre (Levrard et Laskar, 2003). 69 Après avoir réfuté deux scénarios successifs qui proposaient d’expliquer les observations de glaciations équatoriales du Néoprotérozoïque par une forte obliquité de la Terre, nous pouvons donc conclure que cette hypothèse est pour le moment à rejeter. 1.3. Paléoclimats martiens 1.3.1. L’étude paléoclimatique des calottes polaires martiennes (J. Laskar, B. Levrard) Depuis que les premières images des régions polaires de Mars ont montré une alternance de couches claires et sombres, il est supposé que la formation de ces couches est liée d’une manière quelconque au forçage orbital du climat (Toon et al., 1980, Howard et al., 1982). Cependant, un lien clair n’avait pas été établi, et des incertitudes de plus de deux ordres de grandeur subsistaient dans l’échelle de temps de ces dépôts. En utilisant les photos à haute résolution (2 m/pixel) de la sonde Mars Global Surveyor et les données altimétriques du LASER MOLA, nous avons étudié la formation des dépôts sédimentaires en couches (constitués de glace d’eau et de poussière) exposés dans certaines crevasses de la calotte polaire Nord. La reconstitution du profil albédo-profondeur a permis de mettre en évidence la présence de motifs périodiques analogues à ce qui est obtenu lors des carottages polaires ou des forages sédimentaires océaniques terrestres. En comparant la stratigraphie et les variations des éléments orbitaux martiens dans le domaine temporel et fréquentiel, nous avons cherché à estimer quelles étaient les contraintes possibles sur l’âge et la vitesse de formation de ces dépôts, si leur formation était liée au forçage astronomique. En tenant compte des fortes instabilités de l’obliquité martienne, manifestation de sa dynamique chaotique, nous avons ainsi proposé que les 250 derniers mètres de la calotte Nord s’étaient déposés avec un taux d’environ 0.05 cm/an durant les derniers 500 000 ans et que la calotte polaire Nord martienne aurait pu se former principalement durant les cinq derniers millions d’années après la transition entre un régime de haute obliquité moyenne (35°) et un régime de basse obliquité (25°). Ce travail a eu un large écho dans la presse scientifique internationale et les médias. 1.3.2. Forçage astronomique du cycle de l’eau martien (B. Levrard, J. Laskar, F. Forget, F. Montmessin) Pour tester de façon entièrement indépendante la validité du scénario précédent et l’évolution récente possible de la calotte résiduelle nord martienne, nous avons étudié à l’aide des Modèles climatiques de Circulation Générale martienne du Laboratoire de Météorologie Dynamique (Paris VI) en collaboration avec François Forget et Franck Montmessin, l’impact des larges variations de l’obliquité martienne sur le cycle de l’eau. Le bon accord entre les prédictions de ces modèles et les observations spatiales du cycle de l’eau actuel donne la possibilité de tester et d’étudier les propriétés de ce cycle pour d’autres conditions orbitales, en particulier les zones de stabilité de la glace et les vitesses de transfert entre les différents réservoirs. Pour une excentricité nulle, la calotte polaire nord apparaît instable pour des obliquités supérieures à 35° conduisant à l’accumulation rapide de glace dans certaines régions équatoriales de forte topographie. Ces dernières semblent coïncider avec certaines zones d’observations de paléo-glaciers récents. Les vitesses correspondantes de perte de la calotte Nord (5 cm/an) pourraient impliquer une disparition rapide (en moins de 100 000 ans) d’une calotte actuelle de 3 km de hauteur durant l’intervalle récent de haute obliquité moyenne (5 - 10Ma). Ceci pourrait soutenir l’idée d’une formation récente de la calotte résiduelle nord. Les taux de perte sont toutefois très sensibles à la position du périhélie de l’orbite martienne qui module l’insolation reçue en été au pôle et par conséquent, l’intensité de la sublimation estivale des calottes. Les simulations ont ainsi montré que pour une orbite appelée chaude (périhélie de l’orbite au solstice d’été), la calotte est instable pour les obliquités 30 et 35°. Il existe une valeur critique de l’obliquité comprise entre 35 et 40° au delà de 70 laquelle, la calotte nord devient instable quelque soit la position du périhélie. La glace récupérée en automne-hiver par précipitation des nuages de glace n’est alors plus suffisante pour compenser la forte sublimation estivale. Lorsque l’obliquité bascule à nouveau vers une valeur plus basse, les modèles climatiques montrent que la persistance d’un réservoir équatorial permet la déposition de glace stable dans les hautes latitudes des deux hémisphères. La déposition simultanée d’une couche de poussière protectrice permettrait de conserver et d’isoler cette couche de glace d’une sublimation ultérieure et de former régulièrement des couches alternées similaires à celles observées dans les régions polaires. Les taux de déposition sont alors de l’ordre de quelques millimètres par an, ce qui apparaît compatible non seulement avec les vitesses d’accumulation précédemment estimées par corrélation directe avec les solution astronomiques, mais aussi avec la formation de couches de quelques mètres d’épaisseur sur une fraction du cycle orbital dans les régions de hautes latitudes. Ces résultats permettent simplement d’expliquer l’importante concentration d’eau détectée dans les deux premiers mètres de la subsurface martienne à ces latitudes par la sonde Mars Odyssey et seront publiés prochainement. 3.3.1.2. Les quatre états finals de Vénus (A. Correia, J. Laskar) 2.1. Contexte En 1962, par mesures radar, l’état particulier de rotation de Vénus a été découvert : une rotation rétrograde lente, avec une obliquité de près de 180° et une période de 243 jours. Depuis, diverses hypothèses ont été étudiées afin de construire des scénarios plausibles pour l’évolution passée de la rotation de Vénus, visant à répondre à cette question : Vénus est-elle née rétrograde ou non ? Gold et Soter (1969) ont proposé que la rotation actuelle soit près d’un état d’équilibre entre la dissipation par effet de marée terrestre qui conduit la planète vers la rotation synchrone et les marées thermiques atmosphériques qui les en éloignent. En tenant compte de la dissipation des marées (gravitationnelles et thermiques) et de la friction noyau-manteau, Lago et Cazenave (1979), Dobrovolskis (1980), Shen et Zhang (1989), McCue et Dormand (1993) et Yoder (1997) ont proposé différents scénarios où l’axe de Vénus est incliné vers le bas pendant son évolution passée, mais cela exige des valeurs déjà élevées de l’obliquité initiale. 2.2. L’obliquité chaotique de Vénus Quand nous avons découvert que pour toutes les planètes terrestres, il existe une large zone dans laquelle l’obliquité subit des grandes variations chaotiques avec de fortes amplitudes, nous avons suggéré que les perturbations planétaires pourraient avoir joué un rôle essentiel dans l’histoire de la rotation de Vénus pour parvenir à l’état rétrograde. Ces scénarios ont été étudiés par O. Néron de Surgy pendant la fin de sa thèse (1996) et par Yoder (1997), qui ont confirmé que les effets dissipatifs combinés avec des perturbations planétaires pouvaient incliner l’axe de rotation de Vénus à 180° en commençant avec n’importe quelle obliquité initiale. Néanmoins, ce scénario restait difficile à obtenir quand l’obliquité initiale n’était pas assez grande. Pendant la thèse d’Alexandre Correia, nous avons revu entièrement l’ensemble des phénomènes dissipatifs de ce problème, et en particulier les effets de marées atmosphériques pour lesquels il existait des singularités dans les équations qui donnaient des résultats irréalistes pour les périodes synchrones. 2.3. Les états finals de Vénus Grâce à une étude détaillée des singularités possibles des équations, nous avons pu montrer qu’en dépit de ces incertitudes présentes dans les modèles dissipatifs, il existait seulement quatre états finals 71 possibles pour une planète avec une atmosphère dense comme Vénus. Deux de ces états correspondent à des rotations directes, et les deux autres à des rotations rétrogrades, compatibles avec les observations actuelles. Nous avons aussi montré que la majorité des conditions initiales admissibles conduisait Vénus à l’état actuel, quelle que soit son obliquité initiale, mais cela par deux scénarios possibles : - L’un est le scénario classique où la planète se retourne et finit avec une obliquité de 180°. - Dans le deuxième scénario, la planète ralentit, s’arrête, et redémarre dans l’autre sens, alors que son obliquité tend vers 0°. Les deux scénarios conduisent au même état apparent. Nous aboutissons donc à un paradoxe. Nous montrons à la fois que la majorité des conditions initiales pour la rotation de Vénus l’amène à son état actuel, qui apparaît donc très probable, et non pas le résultat (toujours possible) d’une forte collision accidentelle ; mais en même temps, pour toute condition initiale, nous montrons qu’il est possible d’arriver à cet état par deux chemins entièrement différents, qu’il n’est pas possible de distinguer au vu de l’état final actuel de la planète. Les résultats principaux de ce travail sont publiés dans Nature (Correia et Laskar, 2001), et la version longue (deux articles de plus de 20 pages) dans Icarus (Correia, Laskar, Néron de Surgy, 2003, Correia et Laskar, 2003). 3.3.1.3. Dynamique des systèmes planétaires 3.1. Analyse en fréquence et dynamique globale des systèmes planétaires (Ph. Robutel, J. Laskar) Le but de cette étude est d’obtenir une carte à haute résolution décrivant la dynamique d’un système planétaire. La mise au point de la méthode a demandé un effort important mais commence à porter ses fruits. L’approche numérique, basée sur l’utilisation d’un nouvel intégrateur symplectique et sur la méthode d’analyse en fréquence de J. Laskar, a permis de mener à bien la première phase : l’étude de la dynamique globale à court terme. Cette technique est en fait très générale et peut être appliquée à plusieurs types de systèmes. Dans le cadre de l’étude du mouvement d’un corps de masse nulle dans le champ de gravitation du système solaire, cette méthode à permis d’obtenir une description complète de la structure des résonances orbitales planète-astéroïde dans le système solaire entre 0.3 et 100 UA. Elle permet aussi de reconstruire leur géométrie dans l’espace des phases et de mettre en évidence le lien étroit entre les régions où les résonances se recouvrent et celles dans lesquelles les mouvements sont fortement chaotiques. Ce travail a pu mettre clairement en évidence la corrélation entre les zones de résonances en moyen mouvement et la distance à la collision avec la planète à laquelle elles sont associées. Cette méthode a été aussi appliquée au système des quatre planètes géantes. En fixant les conditions initiales de trois des planètes et en faisant varier celles de la quatrième, nous avons mis en évidence le lien entre la présence des résonances orbitales et les fortes instabilité à court terme du système planétaire. Cette étude montre aussi que sur le court terme (quelques dizaines de millions d’années) d’autres configurations du système planétaire semblent être au moins aussi stable que le système formé des planètes géantes du système solaire. Une étude à long terme (incluant la dynamique séculaire) doit permettre de trancher cette question. Une dernière illustration a été réalisée sur le système planétaire triple récemment découvert gravitant autour de l’étoile Upsilon Andromedae. Des résultats préliminaires tendent à montrer qu’aucune planète (même de faible masse) ne peut subsister entre 0.4 et 5 UA (intervalle contenant les deuxième et troisième planètes du système). 3.2. Dynamique à long terme des troyens de Jupiter (Ph. Robutel, A. Jorba, F. Gabern) Avec A. Jorba et F. Gabern de l’université de Barcelone, nous étudions la dynamique globale des Troyens de Jupiter afin de comprendre quelles sont les structures dynamiques qui modèlent les régions voisines des points de Lagrange L4 et L5. Actuellement, nous avons entièrement décrit ces structures 72 dynamiques et montrées que trois familles distinctes de résonances étaient à l’œuvre dans la majeure partie de l’espace des phases. Certaines de ces résonances, insoupçonnées jusqu’ici, engendrent par le biais de leur connexion et recouvrement la déstabilisation à long terme de certaines régions (supposées stables) des points d’équilibre triangulaire de Lagrange. Nous avons aussi montré que le comportement modérément chaotique de certains astéroïdes, comme 4057-Demophon, 5638-Deikoon, 18228-Hyperenor ou encore 4543-Phoinix, était directement lié aux résonances découvertes dans cette étude, permettant ainsi d’expliquer le comportement de ces corps. Notre attention se porte désormais sur l’évolution de ces structures dynamiques sous l’effet d’une lente variation des grands axes des planètes géantes (phénomène de migration des planètes supposé avoir eu lieu dans le passé du système solaire). Ces travaux devraient donner des informations sur la formation des essaims des troyens de Jupiter, et apporter des contraintes supplémentaires à la migration des planètes géantes du système solaire. 3.3. Formation du Système solaire (J. Laskar) En poursuivant son étude sur la stabilité du Système solaire, et en étudiant la diffusion des excentricités et inclinaisons des orbites des planètes intérieures sur des durées de l’ordre de 5 milliards d’années, J. Laskar a pu montrer qu’il existait une quantité quasiment conservée dans le système des planètes internes, le déficit de moment cinétique (AMD), par rapport au moment cinétique du mouvement circulaire et coplanaire de mêmes demi-grands axes. La considération de la conservation de cette quantité dans le système solaire interne et l’hypothèse d’un système planétaire primitif dans un état chaotique fort permet alors de déduire de manière simple une répartition des grands axes des planètes internes qui correspond aux valeurs actuelles. Ceci permet de conclure que l’état actuel du système solaire (interne) résulte sans doute plus d’une phase d’organisation dynamique que d’une phase de formation initiale. En particulier, il peut très bien y avoir eu en fin de formation du système solaire des planètes supplémentaires, qui ont ensuite été éjectées ou sont entrées en collision à cause des perturbations planétaires trop importantes, pour aboutir à un système plus stable dynamiquement, tel que nous le connaissons maintenant. En poursuivant et en généralisant ces idées, et en se limitant en un premier temps à un modèle simplifié d’accrétion planétaire, il a été possible d’obtenir des résultats permettant de prédire la distribution finale moyenne des planètes formées, à partir de la distribution initiale de matière. Ces résultats sont en bon accord avec les valeurs observées dans notre Système solaire, mais aussi avec le système nouvellement découvert υ-Andromedae. Plus généralement, ces outils fournissent un cadre conceptuel permettant sans doute de mieux appréhender les systèmes divers planétaires observés, ou résultant de simulations numériques. 3.4. Stabilité effective de systèmes planétaires (F. Malige, J. Laskar, Ph. Robutel) Dans sa thèse, Frank Malige a recherché, par des méthodes de perturbations (construction d’une forme normale de Birkhoff), des résultats de stabilité pour un problème n corps simplifié : le problème planétaire séculaire à l’ordre un des masses pour le problème Soleil-Jupiter-Saturne. Dans le cadre de ce travail, nous avons été amenés à considérer les problèmes de réduction des systèmes différentiels hamiltoniens régissant le mouvement des planètes. Nous avons pu construire explicitement un système de coordonnées canonique permettant d’effectuer la réduction du moment cinétique pour un système possédant un nombre arbitraire de planètes. L’usage de cette réduction devra faciliter les études analytiques de stabilité des systèmes planétaires (Malige, Robutel, Laskar, 2002). 3.5. Dynamique des systèmes planétaires (approche globale) (A. Chenciner, J. Féjoz) Décrire sur une assez longue période les mouvements de n+1 masses ponctuelles soumises à l’interaction newtonienne n’est en général possible que lorsque ces mouvements sont 73 approximativement képlériens pendant un laps de temps qui, s’il est court par rapport à celui considéré, est cependant assez long si on le compare aux « périodes » propres de révolution de chaque corps. Le « système séculaire », champ de vecteurs autonome sur un espace d’ellipses normalisées de même foyer, décrit l’évolution « au cours des siècles » des éléments qui caractérisent à un instant donné l’orbite képlérienne approchée de chacun des corps, ou plutôt de n corps fictifs résultant de la « réduction » du mouvement du centre de gravité du système total. Il y a à vrai dire une hiérarchie infinie de systèmes séculaires correspondant à des approximations toujours meilleures du système (au moins au niveau formel). Ces systèmes dépendent de paramètres (les valeurs des demigrands axes des ellipses képlériennes approchées) qui varient en général dans un ensemble à structure cantorienne : il s’agit de ne pas trop s’approcher des valeurs correspondant à une « résonance en moyens mouvements » des mouvements képlériens approchées. Seul le premier système séculaire de la hiérachie est défini pour toutes les valeurs des paramètres : c’est le « moyennisé », obtenu en remplaçant le hamiltonien du système par sa moyenne sur les tores de dimension n correspondant à n mouvements képlériens indépendants, la mesure sur le tore étant dθ1…dθn, où θ est l’anomalie moyenne. Les astronomes utilisent ce type de système depuis Laplace et Lagrange dans l’étude du système solaire ; l’exemple le plus récent d’une telle utilisation est fourni par les travaux de Jacques Laskar. Dans ses travaux, Jacques Féjoz montre que les systèmes séculaires restent pertinents même très loin du domaine naturel d’application que sont les mouvements planétaires, i.e. presque circulaires et presque coplanaires. Faisant pour la première fois une étude globale de ces systèmes dans le cas le plus simple, celui du problème plan des trois corps, il montre que ces systèmes séculaires peuvent être utiles y compris au voisinage de certains types de collisions. Il analyse pour cela très finement les relations entre les opérations de moyennisation avant et après une régularisation de Levi-Civita et constate que, de façon surprenante, ces systèmes ne diffèrent que par le changement de la valeur de certains paramètres. De son étude très complète des singularités globales du système, J. Féjoz peut alors déduire l’existence de nouveaux types de mouvements quasi-périodiques du problème des trois corps, en particulier de mouvements n’ayant pas le nombre maximum de fréquences et passant arbitrairement près d’une collision. Il généralise ainsi à la fois des résultats de Lieberman et des résultats de Chenciner et Llibre. Les trois publications qu’il a fait de ces résultats complètent sa thèse et la raffinent. En 1963, V. Arnold publia le résultat remarquable suivant : pour le modèle newtonien du Système solaire à n ≥2 planètes dans l’espace, si la masse des planètes est suffisamment petite par rapport à celle du Soleil, il existe, dans l’espace des phases au voisinage des mouvements képlériens circulaires coplanaires, un sous-ensemble de mesure de Lebesgue strictement positive de conditions initiales conduisant à des mouvements quasi périodiques à 3n-1 fréquences. La démonstration du « théorème d’Arnold » n’est complète que dans le cas de n=2 planètes dans le plan. La démonstration est rendue difficile par les nombreuses dégénérescences du problème planétaire. En 1998, M. Herman a exposé une démonstration complète et plus conceptuelle de ce théorème annoncé. Cette démonstration utilise une version du théorème de Nash - Moser due à Sergeraert et Hamilton, ainsi que, d’après une idée d’Eliasson et Rüssmann, un théorème de Pyartli selon lequel une courbe « gauche » passe « souvent » par des points diophantiens. Jacques Féjoz vient de rédiger cette démonstration. 3.3.1.4. Dynamique des accélérateurs de particules (J. Laskar, L. Nadolski, Y. Papaphilippou) 4.1. Première approche La dynamique des accélérateurs de particules pose des problèmes semblables à ceux de l’étude de la stabilité du Système solaire : il s’agit d’étudier la stabilité des orbites d’un système conservatif proche d’un système intégrable sur un très grand nombre de révolutions, voisin de 109. La physique des accélérateurs a connu de profonds bouleversements ces dernières années. L’augmentation des performances des machines en termes d’énergie, de durée de vie, de taille de faisceau s’est accompagnée de l’utilisation de champs magnétiques de plus en plus intenses et complexes (wigglers, 74 onduleurs, solénoïdes, aimants supraconducteurs). Aujourd’hui, le régime de fonctionnement d’un accélérateur est fortement marqué par des phénomènes non linéaires (résonances, chaos) qui doivent être désormais compris pour obtenir de hautes performances. En 1993, avec S. Dumas, mathématicien de l’université de Cincinnati, J. Laskar a appliqué sa méthode d’analyse en fréquence à un modèle réaliste représentant une cellule de l’anneau de stockage de l’Advanced Light Source (ALS) du Lawrence Berkeley Laboratory (LBL), en fournissant pour la première fois une visualisation de la dynamique globale de ce problème. Ce travail, publié dans Physical Review Letters en mai 1993 a eu un écho important auprès des physiciens s’occupant de la construction et du fonctionnement des accélérateurs. 4.2. L’analyse en fréquence à l’ALS À la suite de ce premier travail montrant l’utilisation possible de l’analyse en fréquence en dynamique des accélérateurs, une fructueuse collaboration s’est instituée avec le groupe de l’ALS, actuellement dirigé par D. Robin à Berkeley. Nous avons poursuivi l’étude de la dynamique de l’ALS, en vue de mettre au point des méthodes effectives pour l’amélioration des performances des machines.Un premier travail a montré sur un modèle réaliste, comment l’analyse en fréquence peut être utilisée pour trouver de manière prédictive un meilleur réglage pour une machine. Cette collaboration, aidée par une bourse de recherche France-Berkeley, a donné lieu à des développements particulièrement importants, avec la réalisation à l’ALS de la première carte en fréquence expérimentale Sa réalisation a été possible grâce à l’utilisation conjointe de moniteurs de position tour par tour et de deux aimants rapides permettant de simuler les amplitudes initiales d’oscillations bétatrons horizontales et verticales. Ces cartes en fréquences permettent de visualiser de manière claire les résonances de couplages et les zones chaotiques qui affectent effectivement la dynamique de la machine en fonctionnement. Les cartes en fréquences mesurées et simulées sont en excellent accord, ce qui permet de valider aussi les modèles développés à l’ALS. Ces résultats permettent d’envisager l’utilisation de l’Analyse en Fréquence en tant qu’outil en ligne pour le diagnostic de la dynamique du faisceau, dans la salle de contrôle d’un accélérateur. L’Analyse en Fréquence peut aussi être utilisée indépendamment de tout modèle et permettre de valider une modélisation. Ce point est fondamental puisque qu’il permet ensuite de faire des simulations fiables de l’impact de la modification de la structure de l’anneau. Ces résultats ont eu un accueil très favorable dans la communauté des accélérateurs (CERN Courrier, 41, 1, (2000) ; Synchrotron Radiation News, 2000 ; ALS News, octobre 2000). 4.3. Autres machines Laurent Nadolski a effectué sa thèse sous la direction de J. Laskar sur les applications de l’analyse en fréquence au projet Soleil de l’IN2P3. Avec l’arrêt momentané de ce projet, nous avons recentré la thèse sur l’étude de plusieurs autres machines : l’ESRF (Grenoble), Super-ACO (Orsay) et bien sûr l’ALS (Berkeley). Pour chacune de ces machines, nous avons calculé une carte en fréquence ainsi que l’ouverture dynamique associée pour différentes configurations (chromaticités, points de fonctionnement, énergie de la particule, défauts de champ magnétique). Les cartes en fréquence mettent en évidence les principales résonances, en particulier les résonances couplées, ignorées par les processus traditionnels d’optimisation de l’optique d’une machine. Après sa thèse soutenue en juillet 2001 et un bref séjour post-doctoral à l’ALS, L. Nadolski vient d’être engagé comme physicien des accélérateurs par le projet SOLEIL. Par ailleurs, Y. Papaphilippou, après un séjour post-doctoral dans la division SL/AP du CERN, sur l’application des méthodes d’analyse en fréquence à l’étude du projet du LHC, a obtenu un poste de chercheur au Brookhaven National Laboratory (New-York), et vient aussi d’être embauché comme physicien des accélérateurs à l’ESRF (Grenoble). Il est donc particulièrement agréable de constater que la maîtrise de l’étude pratique des systèmes dynamiques que possèdent nos étudiants en thèse leur a permis de trouver des débouchés dans les centres de physique des accélérateurs de manière très satisfaisante. 75 Lors de la récente conférence PAC2003 (Particle Accelerator Conference, 12-16 mai 2003), J. Laskar a présenté une revue (Laskar, 2003), qui a montré tout l’intérêt que la communauté des accélérateurs portait à ces méthodes. Il est apparu que plusieurs équipes cherchent maintenant à obtenir sur leur machine des résultats similaires à ceux que nous avons obtenus à l’ALS. En particulier, Y. Papaphilippou a commencé l’étude de la stabilité du faisceau de l’ESRF (Grenoble) en vue d’une amélioration de ses performances. En novembre 2003, nous avons organisé à l’observatoire de Paris un premier workshop sur l’application de l’analyse en fréquence à l’étude expérimentale de la dynamique des accélérateurs qui a rassemblé les groupes de 4 machines (SOLEIL (Saclay), ESRF (Grenoble), Bessy (Berlin), ALS (Berkeley)). Le succès de ce workshop a incité à en organiser un autre qui devra rassembler une quarantaine de personnes sur ces mêmes thèmes au cours du printemps 2004, sous l’hospice du projet SOLEIL. 3.3.1.5. Dynamique des Systèmes Hamiltoniens 5.1. Formes normales, stabilité effective et diffusion (L. Niederman, J.-P. Marco, P. Lochak, D. Sauzin) L. Niederman, J.-P. Marco, P. Lochak et D. Sauzin étudient la stabilité et l’instabilité des systèmes hamiltoniens proches de systèmes intégrables et les possibilités d’application des résultats à des problèmes issus de la mécanique céleste. 5.1.1. Perturbations d’hamiltoniens intégrables raides N.N. Nekhorochev a établi en 1977 un théorème de stabilité global en temps exponentiellement long par rapport à l’inverse de la taille de la perturbation. Son résultat est valable si le hamiltonien non perturbé (intégrable) est raide, c’est-à-dire s’il vérifie certaines conditions de transversalité qui sont génériquement satisfaites par les fonctions C∞sur Rn. L’étude de ce cas raide n’a pas été reprise depuis la démonstration originale de Nekhorochev malgré la densité de cette classe de fonctions et différents exemples issus de la physique où le Hamiltonien considéré est raide mais pas convexe. Presque tous les travaux sur la stabilité exponentielle concernent les perturbations d’un Hamiltonien intégrable convexe et, dans ce cadre, Lochak et Pöschel ont obtenu indépendamment en 1993 une estimation vraisemblablement optimale sur le temps de stabilité dans ce type de théorème (voir les travaux de Sauzin et Marco). Depuis 1999, L. Niederman a travaillé sur une généralisation du résultat de Lochak et Pöschel (avec estimation optimale des temps) pour des perturbations d’un Hamiltonien raide et a obtenu un théorème en conjuguant les raisonnements originaux de Nekhorochev avec un argument d’approximation Diophantienne simultanée qui simplifie beaucoup la démonstration initiale. D’autre part, Ilyashenko a donné une caractérisation géométrique des fonctions raides dans le cas analytique complexe. L. Niederman a repris cette étude à l’aide d’outils de géométrie sous analytique réelle (lemme de sélection de courbe et exposants de Lojaciewicz). Ceci permet de montrer clairement que les hypothèses de raideur sont presque minimales pour assurer la stabilité effective des systèmes hamiltoniens proches d’un système intégrable. On en déduit aussi des méthodes de calcul explicites des constantes intervenant dans ce type de théorème. Ces résultats pourraient se révéler utiles dans les problèmes de mécanique céleste qui sont très dégénérés et où les hypothèses classiques sont difficiles à vérifier. Ceci rejoint un travail de Jacques Féjoz (ASD) qui appliquait fructueusement au problème des trois corps la théorie KAM avec des hypothèses minimales. Dans un travail en cours de rédaction, L. Niederman montre un théorème de stabilité en temps exponentiellement long pour des systèmes Hamiltoniens presque-intégrables avec une condition de non-dégénérescence sur l’Hamiltonien non perturbé qui est vérifiée génériquement par une fonction réelle-analytique. Il s’agit de généricité au sens de la mesure (ensembles « prévalents »). Ce résultat est obtenu grâce à l’application d’une version quantitative du théorème de Sard due à Yomdin. 76 5.1.2. Variétés invariantes de tores hyperboliques et diffusion En 1964, Arnold a proposé un mécanisme qui engendre de l’instabilité dans des systèmes arbitrairement proches de certains systèmes intégrables (notamment celui qui correspond à l’étude de la rotation d’un corps solide soumis à l’attraction d’un corps central). Il s’agit de transitions le long de chaînes de tores invariants dans les systèmes hamiltoniens à trois degrés de liberté ou plus. Dans ce cadre, L. Niederman a effectué une application de la théorie K.A.M. qui permet une analyse fine de la dynamique au voisinage des variétés invariantes d’un tore partiellement hyperbolique. Cela dans le but d’obtenir des estimations précises sur la vitesse de dérive des orbites sous l’action du mécanisme d’Arnold et de construire des exemples où une instabilité importante se développe sur des temps du même ordre que les temps de stabilité donnés par les théorèmes de type Nekhorochev-Lochak (voir plus bas). Pierre Lochak, Jean-Pierre Marco et D. Sauzin ont publié en 2003 dans les Memoirs of the American Mathematical Society un long article sur les variétés stable et instable des tores partiellement hyperboliques qui naissent par perturbation d’un système hamiltonien complètement intégrable au voisinage des résonances simples. D. Sauzin a écrit seul un article étroitement lié au travail précédent, paru aux Annales scientifiques de l’école Normale Supérieure en 2001. 5.1.3. Stabilité et instabilité en classe Gevrey J.-P. Marco et D. Sauzin avaient commencé avec Michael Herman une collaboration sur une généralisation du théorème de Nekhorochev. La mort soudaine de M. Herman en novembre 2000 ne lui a pas permis de participer aux derniers développements et à la rédaction de ce travail. L’article de J.-P. Marco et D. Sauzin intitulé « Stability and instability for Gevrey quasiconvex near-integrable Hamiltonian systems » est paru en 2002 aux Publications mathématiques de l’IHES ; il étend le théorème de Nekhorochev au cas où le système est seulement supposé de classe Gevrey au lieu d’analytique, et fournit des exemples de systèmes Gevrey instables pour lesquels le résultat de stabilité effective est optimal. Le résultat de stabilité repose sur la méthode des orbites périodiques de P. Lochak et sur l’estimation des coefficients des séries formelles qui apparaissent dans le problème de moyennisation à une phase, dans le prolongement du résultat de 1992 et de ceux de Ramis et Schëfke de 1996. Les exemples d’instabilité utilisent des idées ingénieuses de M. Herman et jettent une lumière nouvelle sur le mécanisme d’Arnold. Ce travail a été prolongé par l’obtention d’autres exemples non analytiques de diffusion d’Arnold, pour lesquels l’instabilité se manifeste de manière plus forte par l’existence de domaines errants, ou d’orbites dont la projection sur une coordonnée réalise une marche aléatoire (ou dont la projection sur un degré de liberté est dense). Un nouvel article de J.-P. Marco et D. Sauzin a été accepté pour publication par Ergodic Theory and Dynamical Systems dans un volume spécial à la mémoire de M. Herman. 5.2. Résurgence, sommation de Borel et séries asymptotiques de la théorie des perturbations (S. Marmi, D. Sauzin) S. Marmi et D. Sauzin ont étudié les propriétés de sommabilité de Borel et de résurgence des séries qui apparaissent après changement d’échelle dans les séries de Lindstedt qui décrivent les courbes KAM de l’application standard ou semi-standard (article en collaboration avec A. Berretti paru dans Ergodic Theory and Dynamical Systems en 2000). Ils ont ensuite écrit un long article, publié dans les Memoirs of the American Mathematical Society en 2003, pour approfondir l’étude asymptotique au voisinage des résonances dans un problème plus simple car linéaire, menant une étude presque exhaustive de la dépendance de la solution par rapport au multiplicateur. Ce paramètre joue le rôle de variable de résurgence au voisinage de chaque racine de l’unité. Une partie importante de l’article se place dans la perspective de la théorie des fonctions monogènes d’Émile Borel, suivant en cela certaines idées développées par V. Arnold et M. Herman à propos des difféomorphismes du cercle. Avec V.G. Gelfreich, D. Sauzin a étudié les séparatrices d’une application de Hénon. Ils ont 77 en particulier complètement analysé la structure résurgente de ce problème (article paru aux Annales de l’Institut Fourier en 2001). Avec Tere Seara et Carme Olivé, D. Sauzin a travaillé sur la résurgence d’une équation aux dérivées partielles, dérivée de l’équation de Hamilton-Jacobi pour les séparatrices du pendule rapidement forcé (article paru aux Annales de l’Institut Fourier en 2003). Ce dernier travail faisait partie d’un Projet d’Action Intégrée (programme Picasso du Ministère des Affaires étrangères) qui avait été accordé pour 2003 et vient d’être renouvelé pour 2004. Ce PAI fournit un soutien financier aux collaborations entre un groupe de chercheurs barcelonais (A. Delshams, P. Gutierrez, C. Olivé, R. Ramirez-Ros, T. Seara) et un groupe français (J. Cresson, P. Lochak, J.-P. Marco, L. Niederman et D. Sauzin). 5.3. Petits dénominateurs en classe Gevrey (T. Carletti, S. Marmi) T. Carletti et S. Marmi ont étudié le problème du centre de Siegel sur la linéarisabilité des germes de difféomorphismes d’une variable. Aux problèmes classiques de linéarisation formelle et analytique ils ont ajouté des conditions suffisantes pour que la linéarisation appartienne à certaines algèbres de germes ultradifférentiables qui sont fermées par composition et dérivation et qui incluent les classes de Gevrey. Dans le cas analytique, leur méthode leur a permis de retrouver un résultat d’optimalité en utilisant la méthode classique des séries majorantes, au lieu de la rénormalisation géométrique de J.-Ch. Yoccoz. Dans le cas ultradifférentiable ils ont prouvé que la condition de Brjuno est suffisante pour que la linéarisation appartienne à la même classe que le germe. Si l’on admet que la linéarisation est moins régulière que le germe, ils ont ainsi trouvé des nouvelles conditions arithmétiques, plus faibles que la condition de Brjuno. 5.4. Loi d’échelle pour l’application Standard (T. Carletti, J. Laskar) T. Carletti et J. Laskar ont étudié la loi d’échelle aux résonances pour la fonction critique du mapping Standard, c’est-à-dire le comportement de la fonction critique dans un voisinage d’une résonance fixée. Ils ont démontré que pour la résonance principale la loi d’échelle est linéaire. En utilisant la méthode de l’analyse en fréquence nous avons montré numériquement que pour les résonances secondaires, p/q, q≥2, p≠0 et p et q premiers entre eux, la loi d’échelle suit une loi de puissance avec exposant optimale 1/q. 3.3.1.6. Calcul formel et mécanique céleste 6.1. TRIP : un manipulateur algébrique pour la mécanique céleste (M. Gastineau, J. Laskar) Malgré les progrès très importants effectués par les systèmes de calcul formel comme Mathematica ou Maple, l’utilisation dans les problèmes de mécanique céleste d’un système de calcul spécialement adapté reste souvent préférable. Depuis 1988, J. Laskar a entrepris la construction d’un système de calcul formel général, TRIP, dédié à la mécanique céleste, et plus généralement aux séries de perturbations. Ce projet représente une tâche considérable, mais depuis l’arrivée de Mickael Gastineau, IR CNRS, en 1998, le développement s’est déroulé à une allure soutenue, avec un échange constant entre l’utilisation, la conception et la mise en œuvre informatique. TRIP comprend actuellement environ 140 000 lignes de programmation avancée en langage C, Yacc et Lex. Il contient un interpréteur assez complet avec son propre langage de programmation permettant de rentrer la plupart des commandes, comme le font les manipulateurs algébriques généraux : boucles while, for, if-then-else, macros, récursivité (limitée), différentes représentations pour les données (récursive dense, récursive creuse, blocs homogènes, blocs de d’Alembert, blocs de 78 Fourier). Plusieurs types de coefficients sont aussi possibles : réels double-précision, quadruple précision, arithmétique d’intervalles en précision double ou quadruple, calcul rationnels avec certaines limitations. Les calculs numériques sont aussi possibles grâce à un module de type Mathlab, et les tracés sont obtenus par une interface avec gnuplot. L’interface avec Maple pour utiliser des opérations non implantées sous TRIP est possible à travers le protocole d’échange MathML. Il permet de manipuler les séries polynomiales et trigonométriques avec un nombre quelconque de variables, et d’effectuer les opérations d’addition, multiplication, dérivation et intégration par rapport à une variable quelconque, substitution d’une expression à une variable. Toutes ces opérations peuvent s’effectuer sous de multiples options de troncature, ce qui représente l’un des points forts de TRIP pour l’utilisation en mécanique céleste. Les changements dans l’ordre sont possibles en cours d’exécution, et plusieurs types de représentation coexistent de manière transparente pour l’utilisateur. TRIP (dans sa version actuelle ou dans des versions précédentes moins élaborées) a déjà servi de base pour cinq thèses de mécanique céleste, et bien qu’il soit encore en développement, il est devenu un outil fondamental pour le développement de nos projets de recherche. 6.2. Calcul formel et configurations centrales (A. Albouy) Dans un travail de 1995, A. Albouy donnait la première résolution d’un problème de configurations centrales (i.e. configurations à n corps ponctuels généralisant les configurations d’Euler et Lagrange) utilisant le calcul formel (élimination et méthode de Sturm). Bien que très simple, cette solution a inspiré de nombreux travaux. Une session du colloque ACA2002, en Grèce, rassemblait les principaux acteurs : l’école de Barcelone, représentée par J. Bernat, le groupe de calcul formel parisien, représenté par D. Lazard, J.C. Faugère et I. Kotsireas (actuellement à Toronto), R. Moeckel et D. Schmidt pour les USA, précurseurs dans le domaine, et le PhD brésilien de Moeckel, E. Leandro. De nombreux travaux sont en cours dans cette voie de recherche. 3.3.1.7. Méthodes numériques 7.1 Analyse en fréquence et dynamique des systèmes à plusieurs degrés de liberté (J. Laskar, C. Chandre, H. Jauslin) Pour étudier la stabilité du Système solaire, J. Laskar a développé l’analyse en fréquence, une nouvelle méthode pour estimer de manière numérique la largeur des zones chaotiques dans les systèmes à plusieurs degrés de liberté. Cette méthode est basée sur une analyse numérique des fréquences fondamentales d’un système dynamique, et permet une mesure quantitative de la diffusion des orbites dans les zones chaotiques, estimée en terme de variation temporelle de fréquence. Depuis la publication (de 1990 à 1993), par J. Laskar et ses collaborateurs, des articles fondamentaux décrivant cette nouvelle méthode et ses applications, un très grand intérêt a été suscité dans de nombreux domaines où interviennent des systèmes dynamiques. Un résultat important sur ce sujet a été la mise en forme plus formelle de cette méthode par J. Laskar, en la rattachant aux travaux de Pöschel, et surtout la démonstration de la convergence de la méthode d’analyse en fréquence sur les solutions quasi périodiques KAM d’un système dynamique. On obtient ainsi un outil très efficace pratiquement et justifié théoriquement pour l’étude des systèmes dynamiques. L’analyse précise du comportement de l’analyse en fréquence dans les zones chaotiques reste toujours un problème ouvert. J. Laskar, C. Chandre et H. Jauslin, ont effectué un travail sur la destruction des tores KAM dans une classe de systèmes simples à trois degrés de liberté. Les méthodes de renormalisation développées par C. Chandre sont une forme de méthode de perturbation que nous utilisons par ailleurs, mais pas jusqu’à présent, en les poussant à des ordres aussi élevés que ce que C. Chandre a pu faire pendant son travail de thèse. Il a pour cela développé des algorithmes dont il est très intéressant de regarder l’application éventuelle à des problèmes plus difficiles comme la stabilité d’un système à deux planètes du genre Jupiter-Saturne. Les méthodes de renormalisation qu’il a développées semblent 79 être à présent extrêmement efficaces pour déterminer les seuils de brisure des tores. La méthode d’analyse en fréquence permet d’obtenir des résultats de manière plus globale, mais sans doute pas avec une aussi grande précision. Ses méthodes lui permettent aussi d’avoir une approche conceptuelle qui lui permet de déterminer des seuils pour toute une classe de systèmes par changement de paramètres, à partir des seuils calculés pour un représentant (travail en collaboration avec P. Moussa). 7.2 Intégrateurs Symplectiques (J. Laskar, Ph. Robutel) Depuis le travail de Wisdom et Holman (1991), les intégrations à long terme du Système solaire sont effectuées à l’aide d’un intégrateur symplectique d’ordre 2, qui permet d’utiliser un pas plus grand que pour une intégration classique, tout en limitant l’accumulation des erreurs de méthodes sur de grandes durées. Il est surprenant que les intégrateurs utilisés soient d’ordre aussi faible, et nous avons cherché à obtenir des intégrateurs d’ordre plus élevés, qui ne souffrent pas du problème connu (depuis Suzuki, 1991) de l’existence de pas négatifs dans les intégrateurs d’ordre plus élevé. Pour contourner cette difficulté, nous avons recherché des intégrateurs adaptés aux systèmes hamiltoniens perturbés de la forme H = A + Є B. Nous avons obtenu une preuve constructive pour l’existence d’une telle famille d’intégrateurs symplectiques (initialement présentés par McLachlan en 1995) pour laquelle pour tout entier p, un tel intégrateur existe, avec seulement des étapes positives, et un reste d’ordre O(τp Є + τ2 Є2), où τ est le pas de l’intégrateur. Nous prouvons également que pour une grande classe de systèmes, nous pouvons rajouter une étape de correcteur telle que le reste devient O(τp Є + τ4 Є2) (Laskar et Robutel, 2001). Ces intégrateurs nouveaux sont particulièrement adaptés pour les intégrations à long terme des systèmes planétaires, mais aussi pour les calculs dans les accélérateurs de particules (Nadolski et Laskar, 2002). 3.3.1.8. Méthodes variationnelles en mécanique céleste 8.1. Minimisation de l’action et symétries dans le problème des N corps (A. Chenciner, M. Celli, A. Venturelli, J. Féjoz) Les travaux appartenant à cette rubrique ont leur origine dans les recherches menées par A. Chenciner depuis la fin des années quatre-vingt dix dans le but d’élucider la pertinence de l’application au problème newtonien des n corps de la méthode variationnnelle. Plus précisément, on cherche à obtenir des solutions périodiques du problème des n corps de période donnée, comme minima de l’action lagrangienne dans un espace bien choisi de lacets dans l’espace des configurations (l’action joue ici le rôle que tient la longueur pour les géodésiques). On réalise ainsi en partie un projet de Poincaré qui avait le premier mis en évidence le « problème des collisions » résultant de la faiblesse de la force d’attraction newtonienne. Oublié pendant trois quart de siècle, ce problème classique a connu une seconde naissance en Italie mais les auteurs évitaient le plus souvent, sans d’ailleurs savoir qu’ils suivaient en ceci Poincaré, le « problème des collisions » à l’aide d’une hypothèse de « force forte ». Leurs résultats ne s’appliquaient donc que trop rarement au potentiel newtonien et quand ils le faisaient, les solutions obtenues n’étaient pas nouvelles. Des contraintes de symétrie discrète, généralisant considérablement celles utilisées par l’école italienne pour forcer la coercivité de la fonctionnelle d’action, se sont révélées être la clé de la résolution du problème des collisions. Par contre, contrairement à ce qui se passe dans le problème des géodésiques, les contraintes topologiques (homologie ou homotopie) sont le plus souvent inopérantes. Une exception notable est le résultat d’Andrea Venturelli (CRAS 2001) que nous décrivons dans le paragraphe qui suit. Nous décrivons ensuite les principaux résultats obtenus ces dernières années, dont certains ont eu beaucoup d’écho. Alain Chenciner a présenté ces travaux dans une conférence invitée au congrès international des mathématiciens (ICM) de Pékin en 2002 et dans une conférence plénière au congrès international de physique mathématique (ICMP) de Lisbonne en 2003. Une conférence internationale réunissant les experts mondiaux sur le sujet a été organisée par Alain Chenciner et Richard Montgomery à l’American Institute of Mathematics (AIM) à Palo Alto en juin 2003. 80 8.1.1. Minima de l’action dans certaines classes d’homologie Utilisant joliment la décomposition de l’action du problème des trois corps en somme de trois actions de problèmes de deux corps, Andrea Venturelli a réussi à généraliser à trois corps le résultat classique de Gordon (1977) qui caractérise les solutions du problème de Kepler dans le plan comme les minima de l’action parmi les lacets entourant une fois le centre attractif. Répondant en partie à Poincaré, il montre que les minima de l’action du problème des trois corps dans le plan parmi les lacets appartenant à la bonne classe d’homologie (cela signifie que chaque côté du triangle effectue au total un tour complet durant une période) sont exactement les mouvements homographiques de trois corps dont la configuration est équilatérale. Il complète ainsi un résultat de Chenciner-Desolneux qui caractérisait les équilibres relatifs du triangle équilatéral comme les minima de l’action sous la contrainte de symétrie « italienne » (au bout d’une demie période, chaque corps est dans une position symétrique de celle qu’il occupait initialement par rapport au centre de gravité du système). La même question pour quatre corps est complètement ouverte, ainsi d’ailleurs que pour les classes d’homologies telles que l’un des côtés n’ait pas de rotation effective. 8.1.2. Le Hip-Hop L’étude du premier cas non justiciable de ce théorème, 4 corps dans l’espace de dimension 3, a conduit à la démonstration de l’existence d’une nouvelle solution périodique très simple, découverte par Chenciner et Venturelli (2000), (il s’est révélé par la suite que de telles solutions avaient déjà été obtenues numériquement en 1983 par I. Davies, A. Truman and D. Williams et en 1999 par G. Hoynant). Lorsque les masses sont égales, et sous une hypothèse supplémentaire de symétrie, le minimum est une solution (que nous avons baptisée « hip hop ») qui hésite périodiquement entre le tétraèdre régulier (qui aurait réalisé le minimum s’il admettait un mouvement d’équilibre relatif dans R3) et le carré (qui correspond à un mouvement d’équilibre relatif qui minimise l’action parmi les mouvements dans R2). 8.1.3. Le Huit Dans un article fondateur (Chenciner-Montgomery 2000), Alain Chenciner et Richard Montgomery prouvent l’existence d’une solution périodique étonnante du problème des trois corps dans le plan lorsque les masses sont égales : les trois corps se poursuivent indéfiniment sur une même courbe plane en forme de « huit ». Ceci rappelle bien entendu la solution de Lagrange dans laquelle les trois corps forment un triangle équilatéral qui tourne uniformément autour de son centre de gravité. Lorsque les masses sont égales, les trois corps tournent en effet sur un même cercle. Mais, contrairement à la solution de Lagrange, le « huit » est dynamiquement stable : ce dernier fait a été prouvé numériquement par Carles Simó. Cette découverte en fait redécouverte car une telle solution avait été trouvée numériquement par Cris Moore en 1993 mais était restée inconnue des spécialistes de Mécanique céleste a attiré beaucoup d’attention ; des articles sur le « huit » et ses généralisations ont paru dans revues et journaux : Science (17 mars 2000), Science News (14 avril 2000), Polityka (15 juillet 2000), Siam News (July/August 2000), Pour la Science (numéro de Novembre 2000 sur Poincaré), couverture des Notices of the AMS (mai 2001), Le Monde (8 janvier 2002). 8.1.4. Les chorégraphies Une activité numérique (Joseph, Gerver, Carles Simó) et théorique (Kuo Chang Chen) intense a suivi la découverte du Huit. Elle a conduit à la découverte des chorégraphies, solutions du problème des n corps dans lesquelles n masses égales se poursuivent sur une même courbe fermée à intervalles de temps égaux (voir Chenciner-Gerver-Montgomery- Simó 2002 et Chenciner ICMP 2003 pour l’état présent de la question). Les principes de symétrie sous-jacents à ces travaux sont exposés dans Chenciner 2002. Ce sont eux qui ont permis de réaliser dans une certaine mesure le programme 81 proposé par Poincaré dans une note aux Comptes Rendus de l’Académie des Sciences le 30 novembre 1896 où, se heurtant au problème technique fondamental de l’approche variationnelle la possibilité de collisions il avait dû se contenter de traiter le cas des « forces fortes » (potentiel en 1/rα avec α ≥ 2). Pendant quelque temps, l’équilibre relatif du triangle équilatéral et le « huit » furent les seules chorégraphies dont l’existence était rigoureusement démontrée pour le potentiel newtonien. La situation a bien changé maintenant, en particulier grâce aux résultats décrits dans le paragraphe suivant. Citons également les chorégraphies spatiales de 4 corps, de type Hip-Hop, dont Andrea Venturelli a montré l’existence en collaboration avec Susanna Terracini. 8.1.5. Le problème de Dirichlet Une superbe idée de Christian Marchal a récemment permis de montrer que le problème des collisions ne se posait pas dans le problème de Dirichlet, c’est-à-dire dans la minimisation de l’action à extrémités fixées dans R2 ou R3. En particulier, étant données n masses quelconques et deux configurations de celles-ci dans le plan ou dans l’espace, il existe toujours une solution du problème des n corps qui, dans un temps T fixé, passe de la première configuration à la seconde. La démonstration de Marchal résout le cas des collisions isolées. Utilisant des techniques de Montgomery, Terracini et Venturelli (la thèse d’Andrea Venturelli, soutenue à la fin de 2002, est à cet égard fondamentale), Alain Chenciner a pu donner dans le texte de sa conférence au congrès international de Pékin (Chenciner ICM 2002) une preuve complète du résultat ainsi que des applications (il en a également donné une présentation destinée à un public mathématicien plus large dans la gazette des mathématiciens, organe de la Société Mathématique de France). Une généralisation de cette preuve à certaines situations équivariantes a été donnée très récemment par David Ferrario et Susanna Terracini. On peut alors démontrer l’existence de bon nombre des solutions périodiques dont la découverte du « huit » avait provoqué la recherche par des méthodes numériques. Une vue synthétique de la situation se trouve dans la conférence pleinière d’Alain Chenciner au Congrès international de physique mathématique (ICMP03) de Lisbonne (Chenciner ICMP 2003). L’absence de collisions dans les solutions du problème de Dirichlet explique le succès de la minimisation sous contraintes de symétrie : le choix d’un domaine fondamental de l’action du groupe sur le cercle temporel ramène en effet ce problème à une minimisation à extrémités fixées. 8.1.6. Les Hip-Hops généralisés Parmi les applications du résultat ci-dessus, une des plus intéressantes est l’existence – pour n ≥ 4 masses quelconques – de solutions périodiques non planes du problème des n corps qui généralisent le Hip-Hop (Chenciner ICM 2002). Ces solutions peuvent être considérées comme des ersatz spatiaux des solutions d’équilibre relatif qui, dans R3, appartiennent nécessairement à un plan fixe. C’est la première application significative de la méthode de minimisation au problème des N corps avec des masses quelconques. Elle est importante par sa généralité et par le fait que la raison de l’existence de ces Hip-Hop généralisés est celle-là même qui implique l’existence de configurations centrales spatiales (théorème de Pacella-Moeckel). D’autres applications de la méthode de minimisation au problème des n corps avec masses arbitraires ont été données par Kuo Chang Chen ; elles sont décrites dans (Chenciner ICMP 2003). 8.1.7. Les Huit tournants En collaboration avec Richard Montgomery, Alain Chenciner et Jacques Féjoz se sont intéressés aux différentes façons dont le « huit » peut donner naissance par bifurcation à une famille de solutions périodiques du problème des trois corps dans un repère tournant (dans l’espace à trois dimensions). Dans (Chenciner-Féjoz-Montgomery I 2004), ils montrent l’existence de trois familles qui correspondent chacune à une chorégraphie dans un repère tournant autour de l’un des axes de symétrie du 82 « huit ». Ce faisant, ils mettent en évidence, outre celles découvertes respectivement par Michel Hénon et Christian Marchal, une troisième famille. Chaque famille correspond à une brisure différente de la symétrie D6 x Z2 que possède le « huit » dans l’espace à trois dimensions mais le sous-groupe résultant est toujours isomorphe au groupe dihedral group D6. Dans un article compagnon en préparation, les mêmes auteurs montrent que la famille P12 de Marchal est la seule qui connecte le « huit » à l’équilibre relatif équilatéral de Lagrange. 3.3.1.9. Questions sur le problème des N corps 9.1. Questions et réponses sur le problème de Kepler (A. Albouy, K. Abdullah) Le « système séculaire aux premier ordre des masses, excentricités, et inclinaisons », est un incontournable de la théorie des perturbations planétaires. Les découvertes fondatrices à son sujet remontent à Lagrange et Laplace. Il a attiré l’attention de tous les grands noms de la mécanique céleste, en particulier les plus mathématiciens, Cauchy, Gauss, Moebius ou Poincaré, mais aussi de « théoriciens » de grand renom, dont l’intérêt pour la mécanique céleste est moins connu, comme Darboux ou Weyl (qui lui a consacré son fameux « mean motion »). Des faits fondamentaux ont échappé à leur attention. J. Laskar et Ph. Robutel ont noté des simplifications des coefficients, fonctions des demis grands axes (pas seulement au premier ordre). M. Herman a remarqué que la somme des fréquences de ce système linéaire est nulle. L’annulation de coefficient à l’origine de cette dégénérescence fut le sujet de la thèse d’Abdullah (pendant que la thèse de Malige analysait ses conséquences). Il a trouvé expérimentalement trois familles infinies de relations analogues. Une des familles a résisté à ses tentatives de démonstrations. Les identités démontrées sont l’objet de son article à RCD cosigné par A. Albouy. L’énoncé de la relation à démontrer fait intervenir des mouvements circulaires des deux vecteurs de « Pauli-Souriau » sur la sphère unité. A. Albouy a cherché à compléter les connaissances actuelles sur la représentation des orbites par deux points sur une sphère, liée directement à la célèbre « symétrie SO(4) » du problème de Kepler. Il a obtenu récemment des résultats très positifs, nouveaux en ce sens qu’ils concernent le « vrai » problème de Kepler, et non celui régularisé par changement de temps. Il a aussi mis en évidence une symétrie « projective » duale en un certain sens à la symétrie SO(4). 9.2. Interaction gravitationnelle et dynamique projective (A. Albouy) Certaines spécificités de l’interaction gravitationnelle s’expliquent mal dans le cadre de la mécanique Lagrangienne. Un exemple est la résonance du problème séculaire mentionnée ci-dessus, un autre, l’intégrabilité du problème des deux centres fixes, mais le plus simple de tous est la fameuse « dégénérescence » du problème des deux corps (c’est-à-dire la simplicité de sa dynamique). Ces spécificités résistent au passage à la mécanique quantique et à la relativité générale. Le spectre de l’atome d’hydrogène est très organisé, et on trouve des nombres quantiques pour celui de l’ion H2+, qui se modélise comme les deux centres fixes. En gravitation Einsteinienne, les modèles de Schwarzschild et de Kerr répondent par leur symétrie aux problèmes classiques d’un et deux centres. Le programme de recherche d’A. Albouy consiste à chercher systématiquement les propriétés qui résistent à un appauvrissement de la structure de l’espace classique. Une évidence peu mise en avant, c’est que la dite « équation de Newton » f = m¨q est une relation « affine » : la structure euclidienne ne joue pas de rôle. On peut l’écrire aussi si on n’a que la structure projective, quitte à reformuler l’idée de paramétrage temporel des trajectoires. On peut aussi définir l’attraction Newtonienne d’un centre fixe. Les orbites sont des coniques, l’équation de Laplace subsiste. Le problème de deux centres fixes se définit aussi, et on trouve toute une hiérarchie de cas particuliers plus ou moins intégrables, certains sans intégrale de l’énergie. Un préprint avec T. Stuchi, montrant des intégrations numériques, est sur le point d’être soumis. 83 9.3. Cours sur le problème des deux corps (A. Albouy) Les mathématiciens veulent souvent ne voir dans les problèmes classiques de la mécanique que des exemples illustrant leurs idées abstraites et générales. Ainsi, les dynamiciens ou les géomètres symplectiques se réapproprient la mécanique classique. A. Albouy a réagi à un texte récent, d’après lequel le problème des deux corps illustrait parfaitement le thème de la « réduction symplectique », en donnant un cours sur le problème des deux corps où les idées symplectiques n’apparaissent pas. Cette antithèse montre à quel point les « explications » par des idées générales ou abstraites sont subjectives, souvent inutiles, parfois nuisibles. Tout y est élémentaire et bref, et de vieux thèmes oubliés, peut-être volontairement, revivent dans ces 50 pages publiées en Anglais par Princeton University Press, et en Russe par les éditions d’Alexey Borisov. 9.4. Non-intégrabilité de problèmes de N corps (A. Chenciner, E. Julliard-Tosel) Dans sa thèse Non-intégrabilité algébrique et méromorphe de problème de N corps, soutenue en 1999 sous la direction d’Alain Chenciner et publiée en 2000, Emmanuelle Julliard -Tosel montrait deux résultats importants de non-intégrabilité : 1) une démonstration complète et une généralisation du résultat classique de Bruns qui assure la nonintégrabilité algébrique du problème newtonien des trois corps dans R3 : dans le problème newtonien de n+1 corps dans un espace euclidien Rp avec n≥2 et 1≤ p ≤ n+1, les intégrales premières algébriques par rapport à (Q,P,t) sont des fonctions algébriques des intégrales premières classiques. 2) un très beau résultat de non-intégrabilité méromorphe pour le problème des N corps avec potentiel de Jacobi (en 1/r2). La difficulté était que, pour ce potentiel, il existe une intégrale première supplémentaire, indépendante des intégrales classiques, et rationnelle ; quelles que soient les masses, le problème colinéaire des 3 corps avec potentiel en 1/r2 est donc rationnellement complètement intégrable (Jacobi). Calogero et Moser ont établi par la méthode des paires de Lax que le problème linéaire de n corps de masses égales et potentiel en 1/r2 est rationnellement complètement intégrable. Emmanuelle Julliard-Tosel a pu montrer que ce résultat est optimal : il est impossible d’inclure les masses de façon méromorphe dans la paire de Lax que construit Moser pour le potentiel de Jacobi lorsque les masses sont égales. Plus précisément : pour n ≥ 4 et p = 1 ou n ≥ 3 et p ≥ 2, le problème de n corps dans Rp soumis au potentiel en 1/r2 ne possède pas de système complet d’intégrales premières méromorphes dans les positions, les impulsions et les masses. Pour démontrer ce résultat, elle utilise la possibilité de spécialiser en une valeur donnée des paramètres la propriété d’existence d’un ensemble de fonctions indépendantes en involution qui dépendent méromorphiquement de ces paramètres, une idée utilisée par Poincaré dans le cadre plus simple des fonctions analytiques. Finalement, elle doit montrer un résultat de non-intégrabilité à masses fixées, ce qu’elle fait en utilisant la méthode de Ziglin et ses développements en théorie de Galois différentielle donnés par Morales et Ramis : les problèmes de 4 corps sur la droite de masses (1,m,m,1) avec m ≠ 1, et 3 corps dans le plan de masses 1,1,m avec m > 0, soumis à un potentiel en 1/r2, ne sont pas complètement méromorphiquement intégrables. 9.4.1. Un nouveau critère de non-intégrabilité Peu après sa thèse, Emmanuelle Julliard-Tosel a eu l’idée d’une méthode qui s’est révélée extrêmement efficace dans les démonstrations de non-intégrabilité méromorphe : elle plonge le hamiltonien considéré dans un famille conforme-symplectiquement triviale et spécialise en une valeur singulière des paramètres. Elle réussit ainsi à remplacer, pour ce qui concerne les problèmes de nonintégrabilité méromorphe, un hamiltonien donné par un autre dont le développement de Taylor est considérablement simplifié. Elle obtient ainsi des théorèmes de non-intégrabilité à masses fixées qui paraissent bien difficiles à obtenir directement. Cela lui a permis également de donner une démonstration transparente d’un théorème de Painlevé généralisant le théorème de Bruns, en utilisant 84 la quasi-homogénéité du hamiltonien. Les lecteurs de l’article de Painlevé apprécieront. Malheureusement, devant la difficulté qu’il y a à trouver un poste de maître de conférences, Emmanuelle Julliard-Tosel a décidé de demander un poste de professeur de mathématiques dans une classe préparatoire. Ce sujet est donc pour l’instant en sommeil. 9.4.2. Solutions perverses du problème de n corps (M. Celli, A. Chenciner) Une chorégraphie peut-elle exister lorsque les masses des corps ne sont pas toutes égales? En 2001, A. Chenciner a prouvé qu’une telle solution serait également solution si l’on remplaçait chaque masse par la moyenne. Ce fait a suggéré de s’intéresser aux solutions perverses, i.e. aux solutions qui admettent plusieurs systèmes de masses. Pour trois corps, la configuration d’une solution perverse est alignée et reste constante à similitude près. Pour quatre corps, ces solutions n’existent pas si l’on fixe le centre de gravité et la somme des masses. A. Chenciner a montré qu’il n’existait pas de chorégraphie de cinq corps de masses non toutes égales. Le problème de l’existence de chorégraphies à masses distinctes est difficile à partir de six corps. En 2002, M. Celli a résolu un problème analogue, obtenu en prenant un potentiel logarithmique : les masses d’une éventuelle chorégraphie sont alors nécessairement égales quel que soit le nombre de corps. On montre par ce raisonnement que, pour un fluide plan dont le champ des vitesses est décrit comme la superposition des champs créés par un système de N tourbillons vérifiant les équations de Helmholtz, le mouvement des tourbillons n’est une chorégraphie que si les vorticités des tourbillons sont égales. Une généralisation de cette propriété donne, pour le potentiel newtonien, une minoration du rapport de la plus grande et de la plus petite distance mutuelle. Ce résultat a fait l’objet d’une note aux CRAS. 3.3.1.10. Livre de Géométrie différentielle (A. Chenciner) A. Chenciner a achevé la rédaction d’un livre de géométrie différentielle d’environ 380 pages basé sur l’étude dynamique des flots géodésiques. Le cours qu’il a donné en 2002 et 2003 sur la théorie « KAM faible » et la généralisation des ensembles d’Aubry-Mather aux dimensions supérieures, lui a permis d’en affiner la rédaction. Ce livre, qui fera le lien entre les traités de géométrie riemannienne et ceux de systèmes dynamiques, sera publié par les éditions Hermann. 85 Fig. 5. - Calotte polaire nord de Mars, et vue détaillée d'une crevasse montrant la stratification de la glace, obtenue par la « Mars Orbital Camera » (MOC) le 13 avril 1999 (Malin and Edgett, 2001). En supposant une origine climatique pour cette stratification, et en la corrélant avec les variations de l’insolation à la surface de la planète, on obtient une échelle de temps pour la formation de ces couches glaciaires qui laisse à penser que ces couches sont relativement jeunes (Laskar, Levrard & Mustard, 2002). Fig. 6. - Huit tournants. Chenciner, Féjoz et Montgomery (2004) ont montré l’existence de trois familles de solutions périodiques du problème des trois corps dans un repère tournant qui correspondent chacune à une « chorégraphie » dans un repère tournant autour de l’un des axes de symétrie du « huit ». Ce faisant, ils mettent en évidence, outre celles découvertes respectivement par Michel Hénon et Christian Marchal, une troisième famille. 86 PROJETS DE RECHERCHE La composante Astronomie de l’équipe ASD va poursuivre les travaux qu’elle a entrepris avec beaucoup de succès sur l’étude à long terme de la rotation des planètes, et sur l’étude de la dynamique globale dans le système solaire, avec en particulier l’étude de la dynamique des Troyens, mais deux thèmes prioritaires vont orienter les travaux futurs : - L’étude des systèmes planétaires extra-solaires. - La construction d’éphémérides planétaires à long terme de nouvelle génération pour l’étude des données paléoclimatiques. Dynamique des systèmes planétaires extra-solaires (J. Laskar, A. Correia, Ph. Robutel) Depuis plusieurs années, nous avions tous les éléments pour permettre l’étude raffinée de la dynamique des systèmes planétaires extra-solaires, mais nous n’avons pas pu libérer de temps pour entreprendre ces recherches avec autant de disponibilités que nous le souhaitons. Nous comptons développer plus largement ce domaine dans les années qui viennent. Plus immédiatement, A. Correia vient d’effectuer un séjour postdoctoral d’un an à l’observatoire de Genève auprès de Michel Mayor pour étudier la réduction des données observationnelles sur les exo-planètes, et construire des outils pour détecter les systèmes multiples. Nous allons aussi proposer cette année un sujet de thèse sur la dynamique des systèmes extra-solaires. Solution astronomique pour les paléoclimats (J. Laskar, A. Correia, A. Fienga, M. Gastineau, F. Joutel, B. Levrard, H. Manche, Ph. Robutel) Nous comptons poursuivre l’effort que nous avons entrepris sur l’obtention de solution planétaires précises sur plusieurs millions d’années dans les années qui viennent, en améliorant encore la précision des solutions planétaires pour aller jusqu’aux limites ultimes imposées par les incertitudes des paramètres et conditions initiales du système. Pour des durées au-delà de 30-40 Ma, la principale difficulté provient alors de la nature chaotique de l’évolution du système : gagner 10 Ma dans la durée de validité de la solution revient à améliorer d’un facteur 10 la précision du modèle et de l’ensemble de tous ses paramètres. Nous allons donc travailler à l’obtention d’une nouvelle génération de solution astronomique à long terme avec comme objectifs : - Obtenir pour la solution à long terme la même précision à court terme que les meilleures intégrations actuelles (DE406). Cela entre dans le cadre du travail de thèse de Hervé Manche qui commence cette année. - Améliorer les constantes et paramètres des solutions planétaires, en incluant dans le modèle plusieurs éléments non considérés jusqu’à présent, comme le mouvement de certains astéroïdes, en collaboration avec A. Fienga (IMCCE). - Améliorer la modélisation des effets dissipatifs dans le système Terre-Lune. Cela reste en effet la source d’incertitude principale dans le calcul de la précession de la Terre, ce qui revient aussi à mieux comprendre l’évolution du système Terre-Lune. Il faudra pour cela contraindre certains paramètres avec les données géologiques. Ces travaux prendront tout leur sens par la comparaison aux données sédimentaires géologiques sur l’ensemble du paléogène (23.03 Ma-65.5 Ma), période sur laquelle il existe maintenant un grand nombre de séries stratigraphiques de très bonne qualité. Rotation à long terme des planètes (J. Laskar, A. Correia, B. Levrard) Nous allons poursuivre l’étude de l’évolution à long terme du spin des planètes, problème faisant à la fois intervenir des aspects de dynamique planétaire et de géophysique. On peut citer parmi nos objectifs principaux la compréhension de la résonance spin-orbite 3/2 de Mercure, l’étude de 87 l’évolution du spin d’Uranus, et de manière plus fine, l’étude de l’impact des variations de moment d’inertie résultant de l’activité géophysique d’une planète sur les variations d’obliquité. Dynamique des troyens de Jupiter et système solaire primordial (Ph. Robutel, P. Gabern, J. Bodossian) Dernièrement, notre étude de la stabilité à long terme des Troyens de Jupiter a permis de mettre en évidence tout un réseau de résonances structurant la dynamique des ces astéroïdes. Nous comptons maintenant développer les aspects planétologiques de la question. L’existence des Troyens de Jupiter, ainsi que l’absence ou la présence de Troyens pour les autres planètes géantes, est étroitement liée à l’évolution primordiale du système solaire. En effet, le réseau de résonances mis en évidence dans notre étude évolue en même temps que les planètes géantes. Ainsi la forme et la taille des voisinages stables des points de Lagrange varient sous l’effet de la migration des planètes. Une telle étude devrait donc apporter des contraintes et des informations aussi bien sur la formation des essaims de troyens que sur l’évolution passée du système solaire. J. Bodossian débute sa thèse sur ce thème. Dynamique des accélérateurs (J. Laskar, L. Nadolski, D. Robin, Y. Papaphilippou) Étant donné l’intérêt manifesté par les responsables du fonctionnement et du développement de plusieurs accélérateurs (LBL, SLAC, Fermilab (USA), CERN (Genève), SOLEIL, ESRF (France), BESSY (Allemagne), DIAMOND (UK)), pour l’application de la méthode d’analyse en fréquence de J. Laskar à l’étude de la stabilité des faisceaux des accélérateurs, nous avons décidé de poursuivre ce travail, en collaboration avec nos anciens étudiants en thèse, maintenant en poste comme physiciens des accélérateurs à SOLEIL (L. Nadolski) et à l’ESRF (Y. Papaphilippou), et bien entendu, en continuant les interactions qui se sont révélées si fructueuses avec l’équipe de l’ALS à Berkeley, dirigée par D. Robin. Le but est d’utiliser la méthode d’analyse en fréquence de J. Laskar pour obtenir des outils utiles au développement et au fonctionnement des accélérateurs. En particulier nous nous intéresserons aux problèmes de diffusion à long terme dans les anneaux de stockage et à une détermination rapide et fiable de leur ouverture dynamique. Ces travaux permettent aussi de manière plus générale de mieux comprendre les phénomènes de diffusion, également présents dans le Système solaire, mais qui se manifestent ici sur des durées beaucoup plus courtes, et qui peuvent donc être directement observables dans les expériences. Actuellement, à la suite de nos résultats expérimentaux obtenus à l’ALS (Robin et al., 2000), plusieurs équipes veulent reproduire ces résultats sur leur machine en vue de contrôler la dynamique effective du faisceau. C’est cette direction que nous allons développer maintenant, en cherchant à établir des méthodes efficaces pour obtenir des cartes en fréquences expérimentales. Calcul formel (M. Gastineau, J. Laskar) Le développement du système de calcul formel TRIP va se poursuivre intensément dans les années qui viennent, grâce à la présence de M. Gastineau. Nous comptons inclure en plus dans TRIP tous les outils que nous utilisons couramment dans l’équipe pour l’étude des systèmes dynamiques. Le but est d’obtenir un outil puissant et fiable pour une mise en œuvre rapide des méthodes analytiques. Dans les développements futurs, nous allons privilégier les interfaces avec les autres systèmes existants, pour permettre de compléter les fonctionnalités de TRIP, sans refaire des parties qui existent par ailleurs. Nous allons aussi diffuser plus largement la version numérique de TRIP qui peut être utile à une communauté beaucoup plus large. Nous comptons aussi renforcer notre ancrage dans la communauté du calcul formel en France. 88 Chorégraphies Tores chorégraphiques (A. Albouy, J. Féjoz) Dans le problème des trois corps à masses égales, A. Albouy propose de démontrer l’existence de mouvements quasi périodiques « chorégraphiques » ; ces derniers possèdent une symétrie qui généralise la symétrie de chorégraphie des mouvements périodiques. Il a espoir, avec J. Féjoz, de trouver de tels mouvements, de diverses dimensions, au voisinage du Huit de Chenciner-Montgomery, dont on sait numériquement qu’il est normalement elliptique. La démonstration devrait reposer sur l’analyse des propriétés arithmétiques des fréquences tangentielles et normales au Huit, ainsi que sur une généralisation du théorème de Moser de tores invariants au voisinage d’une singularité elliptique. Solutions perverses du problème de n corps (A. Chenciner, M. Celli) Une chorégraphie peut-elle exister lorsque les masses des corps ne sont pas toutes égales ? Le résultat négatif obtenu par Martin Celli pour le potentiel en log est encourageant mais le cas du potentiel newtonien avec plus de 5 corps, s’il est provoquant, semble très difficile. Méthodes variationnelles (A. Chenciner, A. Venturelli) Symétries supplémentaires dues à la minimisation, identification des minima Il s’agit de décider si dans certains cas, la minimisation de l’action implique pour les solutions une symétrie plus grande que celle imposée dans le processus de minimisation. Posée telle quelle, cette question est trop vague. Elle se présente cependant inévitablement si l’on cherche par exemple à identifier les Hip-Hops généralisés. Minimisation de l’action dans certaines classes d’homologie Tout résultat dans cette direction serait intéressant. La première question concerne les solutions planes de Broucke et Hénon du problème des trois corps dans le plan qui réalisent la classe (1,0,1) (nombres de tours de chaque côté du triangle au cours d’une période). Application de la théorie de Mather et de la théorie KAM faible au problème des n corps L’absence de collision dans la minimisation à extrémités fixées est une première étape. C’est un projet très spéculatif qui vient de ce qu’au cours des deux dernières années, Alain Chenciner a enseigné ces théories dans le cadre d’un cours de D.E.A. sur le calcul des variations. Configurations centrales (A. Albouy, H. Cabral, A. Santos, E. Leandro, G. Morin) Finitude de l’ensemble des configurations centrales Au département de mathématiques de l’université de Recife, plusieurs spécialistes des configurations centrales développent des projets axés sur des questions simples aux réponses inconnues. La conjecture principale est celle de Chazy-Wintner, sur la finitude de l’ensemble des configurations centrales à masses données. S. Smale a posé cette question dans sa liste de problèmes, et on assiste depuis à un regain d’activité sur le sujet, jusqu’en Chine où Yiming Long tente de fonder une école en collaboration avec notre groupe. 89 Configurations centrales et fewnomials La complication des polynômes apparaissant dans les calculs formels relatifs aux configurations centrales suggère de se reporter à une autre voie de recherche contemporaine, le domaine des « fewnomials ». Il s’agit d’une conjecture très simple et très générale, qui n’est démontrée que très partiellement : dans le domaine REEL, un système d’équations ne peut avoir un ensemble de solution compliqué (solutions nombreuses, non disposées périodiquement, etc.) que s’il est lui même compliqué. Le livre clef du domaine est « Fewnomials » de Khovanskii, et le spécialiste parisien est J.J. Risler. La thèse de Guillaume Morin dirigée par Alain Albouy est consacrée à cette voie de recherche. Problèmes de non-intégrabilité Non-intégrabilité des problèmes de deux centres de Jacobi-Darboux (A. Albouy, T. Stuchi) Appliquer les méthodes de non-intégrabilité en dehors du cadre hamiltonien est un projet que nous partageons avec Morales. Des études numériques sur une généralisation du problème des deux centres fixes qui conserve l’intégrale d’Euler, mais perd l’intégrale de l’énergie, ont montré des phénomènes de quasi-intégrabilité fort surprenants. Il s’agit maintenant de cerner les cas intégrables parmi la vaste classe de ces problèmes (le nombre des paramètres est infini). Non-intégrabilité et résurgence (D. Sauzin) Avec Tere Seara et Pau Martin, dans le cadre du PAI en cours, D. Sauzin travaille sur l’utilisation de la méthode résurgente dans l’étude des séparatrices d’une application symplectique proche de l’intégrable dite « application de MacMillan ». D. Sauzin et V. Gelfreich ont commencé à écrire un article sur les points fixes paraboliques de difféomorphismes analytiques en deux dimensions complexes. D. Sauzin avait organisé avec Frédéric Fauvet (université Louis Pasteur de Strasbourg) un colloque sur la résurgence ; ils préparent actuellement l’édition des actes par les Annales de la faculté des sciences de Toulouse. Ils étudient aussi la structure résurgente des équations de Painlevé. Systèmes hamiltoniens presque intégrables à plusieurs degrés de liberté (J.-P. Marco, D. Sauzin) Le travail de J.-P. Marco et D. Sauzin ouvre de nouvelles perspectives. Ils se proposent d’essayer d’adapter ces nouvelles idées pour la construction de systèmes instables au cas analytique, qui est évidemment plus difficile que le cas Gevrey, mais qui semble abordable. L’obtention d’ouverts errants soulève également des questions intéressantes en relation avec la topologie symplectique (notamment concernant la capacité maximale d’un tel ouvert), et leur construction d’une marche aléatoire doit avoir des retombées en théorie ergodique. Étude globale des systèmes séculaires (A. Albouy, A. Chenciner, J. Féjoz) Les résultats que Jacques Féjoz a obtenus pour le problème de la lune dans le plan semblent s’étendre au problème dans l’espace. Notamment, la propriété de commutation des opérations de moyennisation et de régularisation qu’il avait mis au jour se généralise en dimension trois, et même en dimension quelconque. Ceci repose d’abord sur le fait surprenant que le système séculaire du premier ordre associé au problème de la Lune est complètement intégrable en dimension quatre (et donc en toute dimension, puisque trois corps isolés se meuvent au plus dans un espace de dimension quatre) ; et sur l’analogie formelle entre la régularisation de Levi-Civita en dimension deux et celle de KustaanheimoSteifel en dimension quatre (où les complexes sont remplacés par les quaternions). Il reste à analyser la structure globale des singularités séculaires dans l’espace. 90 3.4. LABORATOIRE D’ASTRONOMIE DE LILLE (ÉQUIPE LAL) Composition Sur la période 2000-2004, le Laboratoire d’Astronomie de Lille comprenait : Duriez L., Maître de Conférences Lille 1 Lainey V., Post-Doctorant Noyelles B., doctorant qui a intégré l’équipe en avril 2002 Stellmacher I., Professeur Lille 1, qui est en retraite depuis le 31 août 2003 Vienne A., Maître de Conférences Lille 1 L’équipe a collaboré étroitement avec : Peng Q. Y., université de Jinan et observatoire de Yunnan (Chine) Oberti P., observatoire de la Côte d’Azur, Nice Tobie G., université de Nantes Vasundhara R., Institut Indien d’Astrophysique de Bangalore (Inde) Vieira Martins R., observatoire de Itajuba (Brésil) Présentation La recherche effectuée au LAL concerne les systèmes de satellites de Jupiter et de Saturne. Elle contient deux axes qui sont complémentaires : une étude théorique de la dynamique des systèmes et une analyse des observations qui contraignent cette dynamique. 3.4.1. Mouvement des satellites principaux de Jupiter et de Saturne Nous travaillons sur le problème de la dynamique des satellites galiléens de Jupiter (Io, Europe, Ganymède et Callisto) et des 8 satellites principaux de Saturne (Mimas, Encelade, Téthys, Dioné, Rhéa, Titan, Hypérion et Japet). 3.4.1.1. Satellites galiléens de Jupiter Nous avons recherché une précision compatible avec le niveau de précision actuel des meilleures observations terrestres (0",05 en astrométrie et 0",02 en phénomènes mutuels). Elle doit aussi être compatible avec celle qui sera atteinte par les observations des missions GALILEO et CASSINI (de l’ordre de 5 km). Comme dans le cas des satellites de Saturne, la prédiction de la position des satellites galiléens de Jupiter atteignait, avec l’ancienne représentation, la précision d’environ 300 km. Cette théorie n’avait pas une très haute précision interne et, de plus, n’avait pas été construite de manière dynamiquement consistante. Ce fait empêche de bien déterminer les paramètres physiques du système de Jupiter (par exemple, l’accélération séculaire de Io est très mal connue). De même, cela gêne la compréhension fine de la dynamique de ces satellites, notamment celle de l’origine de la résonance laplacienne. De manière générale, les retombées importantes d’une théorie sont : une meilleure connaissance des masses et paramètres dynamiques du système planétaire correspondant, une amélioration attendue de la précision sur la position de la planète elle-même par le biais de l’observation de ces satellites, et la possibilité de mise en évidence d´interactions faibles ou à très long terme (éventuellement non gravitationnelles) non prises en compte dans la modélisation actuelle. 91 Une nouvelle théorie dynamique des satellites galiléens ajustée aux observations a été élaborée. La solution a ensuite été ajustée à plusieurs types d’observations (photographiques, CCD et phénomènes mutuels) réalisées entre les années 1891 et 2002. Un total de plus de 2000 observations a été utilisé, dont les observations des campagnes d’observations de phénomènes mutuels organisées par l’IMCCE, campagnes PHEMU, de 1985 et 1991. Cette représentation a aujourd’hui une fidélité de représentation de quelques dizaines de kilomètres sur un siècle, et reste définie sur plus de 1500 ans. 3.4.1.2. Satellites principaux et satellites lagrangiens de Saturne En ce qui concerne les principaux satellites de Saturne, la version actuelle de TASS (Théorie Analytique des Satellites de Saturne), théorie analytique développée dans l’équipe LAL, est capable de restituer les positions des satellites à 10 km près, sauf pour Mimas (50 km), Japet (100 km) et Hypérion (250 km). Nous avons ensuite ajusté tous les paramètres de TASS (masses, coefficients d´aplatissement de la planète, conditions initiales). Les écarts entre les positions calculées par notre théorie et celles mesurées ont ainsi été réduits, avec une moyenne quadratique globale de 0".15. Une nouvelle réduction basée sur les toutes dernières observations a été effectuée dans le but notamment de prédire la position de Titan lors d’une occultation stellaire par ce satellite le 14 novembre 2003. En étudiant l’évolution, sous l’effet des marées, de la résonance Mimas-Téthys, nous avons montré que le fait de considérer pour Téthys une orbite très légèrement excentrique change radicalement la vision que l’on avait jusqu’à maintenant de la dynamique de cette résonance. Quelques essais de détermination plus précise de l’excentricité de Téthys ont été menés. L’incertitude obtenue est encore trop élevée pour pouvoir conclure correctement sur l’amplitude de la résonance secondaire. Les théories d’Hélène, Télesto et Calypso ont été revues et ajustées sur près de 20 ans d’observation. Ce travail a été fait en collaboration avec Pascal Oberti de l’observatoire de Nice à l’origine de la théorie de ces satellites lagrangiens de Téthys et Dioné. 3.4.1.3. Analyse d'observations Une étude des o-c d’observations astrométriques de satellites et plus particulièrement des observations CCD nous a conduit à discuter du statut de celles-ci lors de la constitution d’une base de données. Une réduction astrométrique adaptée au cas de mesures inter-satellites sans étoile de référence permet de donner des coordonnées à un facteur d’échelle et à une rotation près. Ces positions sont réellement astrométriques dans le sens où aucune considération astrométrique n’est nécessaire pour les utiliser, même si l’on désire retoucher la calibration. La réduction a été appliquée à des observations brésiliennes de 1995, et aussi à des observations chinoises de 1996-2000. Les observations du Nacional de Itajubá au Brésil ont donné 6006 positions différentielles dont la dispersion est de 0''.07, et celles de l’observatoire de Yunnan 913 positions différentielles dont la dispersion est de 0''.04. Afin d’améliorer les techniques de réduction des observations classiques et de phénomènes mutuels, Valéry Lainey est parti travailler en collaboration avec R. Vasundhara dans le cadre d’un séjour post-doctoral à l’Institut Indien d’Astrophysique (Bangalore). Il a introduit une nouvelle technique de réduction des observations des satellites galiléens, via les cartes d’albédo de la surface des satellites fournies par la sonde Galileo. En effet, les satellites galiléens ne sont pas des disques uniformes mais présentent de grandes irrégularités photométriques. Le photocentre des satellites est alors décalé de leur centre de masse. Une autre correction introduite concerne la présence de la phase des satellites pouvant dépasser les dix degrés, induite par le décalage entre le Soleil et le lieu de l’observation. Dans le cas des observations de phénomènes mutuels, la méthode diffère. Ces dernières sont les plus précises aujourd’hui (environ quelques dizaines de kilomètres). En effet, ces observations sont photométriques, dans la mesure ou l’on observe un événement (occultation ou éclipse d’un satellite), 92 via l’observation d’une chute en flux et contrairement aux observations de positions, la précision de ce type d’observation reste excellente quelque soit la distance de l’objet. En ce qui concerne le système de Saturne, nous avons réduit les observations de la campagne PHESAT95, campagne mondiale organisée par l’IMCCE d’observations de phénomènes mutuels de satellites de Saturne autour des passages de la Terre et du Soleil dans le plan des anneaux de la planète en 1995. Des 65 observations publiées, nous avons tiré 48 positions « acceptables ». Nous estimons que nos meilleures positions ont une précision d’environ 20-30 mas. La mission Cassini devrait permettre à l’avenir de mieux connaître les propriétés photométriques de ces satellites et ainsi de re-réduire les courbes de lumière de façon plus efficace. Nous avons également pris part à la campagne PHEMU03 d’observations de phénomènes mutuels de satellites galiléens avec notamment 13 observations avec la lunette de Lille. 3.4.2. Perspectives En vue de la mission CASSINI, la théorie TASS des huit gros satellites de Saturne doit être améliorée en précision et inclure les autres petits satellites. De plus, TASS a mis en évidence de nouvelles perturbations à très longues périodes dans la longitude moyenne de Mimas. Elles peuvent expliquer l’accélération observée dans cette longitude, bien plus forte que celle qui devrait exister si elle était due uniquement à un effet de marée. Nous envisageons également de mener une étude analogue à celle de la résonance Mimas-Téthys dans le système des satellites galiléens. La thèse entamée par Benoît Noyelles explore cette piste. Depuis le mois de juin 2003, Valéry Lainey travaille en collaboration avec J. Berthier sur le projet d’Observatoire Virtuel. Celui-ci repose sur la mise en commun au niveau international de toutes les données astronomiques recueillies à l’heure actuelle partout dans le monde, tant en terme d’astrométrie et photométrie, que de spectrométrie, catalogues et outils d’analyse. Les corps du système solaire ont pour caractéristique principale (a contrario de la plupart des autres objets astronomiques) de se déplacer dans le ciel plus ou moins rapidement. L’un des points clés, concernant l’IMCCE, réside de ce fait grâce aux modélisation dynamiques, dans la possible détection des corps du système solaire présents sur un champ astronomique. Tout d’abord cela permet d’écarter un objet d’un champ d’étoiles à l’étude évitant ainsi de « polluer » les résultats à venir. Mais cela permet également de récupérer des observations non cataloguées (comme telles) d’astéroïdes, de comètes ou de satellites naturels, celles-ci pouvant à leur tour être utilisées pour améliorer notre connaissance de ces corps. Ce travail est encore en cours actuellement. De manière générale, le but ultime de nos études est la connaissance la plus complète et la plus précise possible de l’état actuel et de l’évolution des systèmes dynamiques que constituent Jupiter, Saturne et leurs satellites. Il s’agit notamment d’essayer de comprendre comment peuvent se former et évoluer les résonances observées entre Mimas-Téthys, Encelade-Dioné, Titan-Hypérion, et de la résonance laplacienne dans le cas des galiléens. Poste de Professeur L’unique poste de professeur de cette équipe d'enseignants chercheurs a été libéré par un départ en retraite en août 2003. Considérant divers arguments fondés sur l’intérêt de l’enseignement des disciplines astronomiques et le souci que l’équipe LAL ne reste pas en sous effectif, l’IMCCE souhaite que l’Université puisse remettre au concours le poste de professeur en section 34. En effet, s’il ne l'était pas, cela menacerait l’existence même de l’observatoire de Lille en tant que bâtiment abritant une lunette astronomique et en tant que lieu de recherche et d’enseignement. Cette position est unique dans toute la partie nord de la France. 93 Fig. 7. - Histogrammes des résidus astrométriques du premier satellite de Saturne Mimas. La théorie TASS des mouvements des principaux satellites de Saturne donne accès à une modélisation dynamique de la plus haute précision pour ce système de satellites. Pour S1-Mimas, par exemple, la précision obtenue est de 80 mas (millisecondes de degrés) soit 580 km dans l’espace. Ces graphes sont extraits de l'article présentant l’analyse de 6006 observations des satellites de Saturne faites au Brésil en 1995 (Vienne et al 2001). Fig. 8. - Callisto occulte Io le 19 février 2003 vers 20h 30 TU. Cette courbe représente le flux lumineux des satellites de Jupiter Io et Callisto, lors du passage de Callisto devant Io, en fonction du temps (en heure). Cette observation a été prise au réfracteur de 33cm de l’université de Lille 1 (Vienne, Noyelles & Amossé, 2003). Ce type de phénomènes, pour lesquels des campagnes internationales d’observation sont organisées par l’IMCCE, donnent accès à de très hautes précisions astrométriques. 94 3.5. COLLABORATIONS INTERNATIONALES ET ÉCHANGES Des accords de coopération et des contrats ont permis de renforcer des collaborations internationales : - 2001-2002 : contrat CNRS Royal Society pour l’étude des paléoclimats (N. Shackleton, Cambridge). Resp. J. Laskar - 2002-2003 et 2003-2004 : Coopération bilatérale CNRS/CNPq entre l’IMCCE et l’Observatoire National du Brésil (Rio de Janeiro) « Étude dynamique et astrométrique des satellites planétaires et des astéroïdes» (coresp. R. Vieira Martins, Rio de Janeiro) Resp. W. Thuillot - 2003-2004 : PAI entre Paris et Barcelone (programme « Picasso » du Ministère des Affaires Étrangères), « Chaos et diffusion dans les systèmes dynamiques, en relation avec la résurgence » (T. Seara, UPC, Barcelone). Resp. D. Sauzin De 2000 à 2004 plusieurs chercheurs étrangers ont fait des séjours de plus d’un mois dans le laboratoire: - Neishtadt A., a séjourné un mois en 2003 - Cellino M., observatoire de Turin, a séjourné un mois en 2003 - Michalowski M., observatoire de Poznan (Pologne) a séjourné un mois en 2003 - Vasundhara R., observatoire de Bengalore (Inde), a séjourné un mois en 2003 - Emelianov N., Institut Sternberg de Moscou, a séjourné deux mois en 2000, 2001, 2002, 2003, 2004 Brumberg V., Institut d’Astronomie Appliquée de St Petersbourg, a séjourné un mois en 2003 Bourget P., observatoire de Rio, a séjourné un mois en novembre 2003 Vieira Martins R., observatoire de Rio, a séjourné un mois en mai 2003 et quatre mois de mai à août 2004 Peng Q., université de Jinan et observatoire de Yunnan (Chine), 15 janvier au 11 mars 2004, « Studies of image acquisition technics and high precision method of reduction of the positions of the satellites of Jupiter and Saturn », invité sur support vacant (Lille 1, UFR de Mathématiques) et sur support d’astronome vacant Des chercheurs de l’IMCCE ont fait des séjours de plus d’un mois à l’étranger : - Féjoz J., professeur assistant en visite au Département de mathématiques de l’université Northwestern (Chicago), 1999-2001 - Albouy A., a séjourné du 1er janvier au 25 février 2001 à l’université fédérale du Pernambouc, Recife, Brésil, après l’invitation de H. Cabral - Vachier F., a séjourné un mois à l’observatoire de Rio (Brésil) en octobre 2002 - Sauzin D., a séjourné du 24 novembre 2003 au 20 décembre 2003 à l’université fédérale du Pernambouc, Recife, Brésil, sur invitation de H. Cabral - Vaubaillon J., a séjourné un mois en 2003 à l’observatoire d’Armargh (Irlande) - Lainey V., a séjourné 3 mois en 2003 à l’observatoire de Bangalore (Inde) - Albouy A., a séjourné du 3 janvier 2003 au 2 avril 2003 à l’université de Recife (Brésil) - Boatto S., a fait deux voyages d’un mois à Recife, novembre 2001 et août 2003 - Colas F., a séjourné un mois à l’observatoire de Rio (Brésil) en février 2004 - Vaubaillon J., a séjourné en mai et juin 2004 à l’observatoire de Marseille - Lainey V., est en séjour postdoctoral à Bruxelles depuis mars 2004 - Vaubaillon J., est en séjour postdoctoral aux USA (NASA, Ames) depuis juillet 2004 95 96 4. PUBLICATIONS SCIENTIFIQUES (2000-2004) 4.1. REVUES A LECTEURS • 2000 Albouy A., Moeckel R. : 2000, The Inverse Problem for Collinear Central Configurations Celest. Mech. Dyn. Astron. 77, 77-91 Berretti A., Marmi S., Sauzin D. : 2000, Limit at resonances of linearizations of some complex analytic dynamical systems, Ergodic Theory and Dynamical Systems 20, 4, 963-990 Bonnet-Bidaud J. M., Colas F., Lecacheux J. : 2000, Search for companions around Sirius, Astron. Astrophys. 360, 991 Carletti T., Laskar J. : 2000, Scaling law in the standard map critical function. Interpolating Hamiltonian and Frequency Map Analysis, Nonlinearity 13, 2033-2061 Chenciner A., Montgomery R. : 2000, A remarkable periodic solution of the three body problem in the case of equal masse, Annals of Mathematics 152, 881-901 Chenciner A., Venturelli A. : 2000, Minima de l’intégrale d’action du Problème newtonien de 4 corps de masses égales dans R3 : orbites « hip-hop », Celest. Mech. Dyn. Astron. 77, 139-152 García-Melendo E., Sánchez-Lavega A., Gómez J. M., Lecacheux J., Colas F., Miyazaki I., Parker D. : 2000, Long-Lived Vortices and Profile Changes in the 23.7°N High-Speed Jovian Jet, Icarus 146, 514 Julliard-Tosel E. : 2000, Un nouveau critère de non-intégrabilité méromorphe d’un Hamiltonien, C.R.A.S. Paris, 330, Série I, 1097-1102 Julliard-Tosel E. : 2000, Meromorphic Parametric Non-Integrability ; the Inverse Square Potential, Arch. Rational Mech. Anal. 152, 187-205 Julliard-Tosel E. : 2000, Bruns' theorem : the proof and some generalizations, Celest. Mechanics and Dynamical Astronomy 2016, 1-41 Laskar J. : 2000, On the spacing of planetary systems, Phys. Rev. Let. 84, 15, 3240-3243 Michalowski T., Pych W., Berthier J., Kryszczynska A., Kwiatkowski T., Boussuge J., Fauvaud S., Denchev P., Baranowski R. : 2000, CCD photometry, spin and shape models of five asteroids : 225, 360, 416, 516, and 1223, Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 146, 471 Niederman L. : 2000, Dynamics around simple resonant tori in nearly integrable Hamiltonian systems, Journal of Differential Equations 161, 1-41 Robin D., Steir C., Laskar J., Nadolski L. : 2000, Global dynamics of the ALS revealed through experimental Frequency Map Analysis, Phys. Rev. Let. 85, 558561 Trigo-Rodriguez J. M., Sanchez-Lavega A., Gomez J. M., Lecacheux J., Colas F., Miyazaki I. : 2000, The 90-day oscillations of Jupiter's Great Red Spot revisited, Planet. Space Sci. 48, 331 • 2001 Abdullah K. : 2001, Développement réduit de la fonction perturbatrice, C.R.A.S. 32, s. 1, 541 Abdullah K., Albouy A. : 2001 On a strange resonance noticed by M. Herman, Regular and Chaotic Dynamics 6, 421-432 Baudrand A., Bec-Borsenberger A., Borsenberger J., Barucci M.A. : 2001, Asteroidal I, J, K magnitudes recovered in the DENIS Survey: First release, Astron. Astrophys. 375, 275-280. Bretagnon P., Rocher P., Simon J.-L. : 2001, Toward the construction of a new precession-nutation theory of non-rigid Earth, Celest. Mech. Dyn. Astron. 80, 177-184 Chandre C., Laskar J., Benfatto G., Jauslin H.R. : 2001, Determination of the breakup of invariant tori in three frequency Hamiltonian systems, Physica D 154, 159-170 Correia A., Laskar J. : 2001, The Four final Rotation States of Venus, Nature 411, 767-770, 14 june 2001 97 Féjoz J. : 2001, Averaging the planar three-body problem in the neighborhood of double inner collisions, J. Differential Equations 175, 175-187 Fienga A., Delouis J.-M. : 2001, On the use of wavelet analysis for the fitting of a dynamical theory to observations, Astron. Astrophys. 368, 1115 Gelfreich V.G., Sauzin D. : 2001, Borel summation and splitting of separatrices for the Hénon map, Annales de l’Institut Fourier 51, 2, 513-563 Julliard-Tosel E. : 2001, Quasi-homogénéité et intégrales premières : démonstration d’un énoncé de Painlevé, C.R.A.S. Lainey V., Vienne A., Duriez L. : 2001, New estimation of usually neglected forces acting on Galilean system, Celest. Mech. Dynam. Astrom. 81, 115-122 Laskar J., Robutel Ph. : 2001, High order symplectic integrators for perturbed Hamiltonian systems, Celest. Mech. 80, 39-62 Michalowski T., Pych W., Kwiatkowski T., Kryszczynska A., Pravec P., Borczyk W., Erikson A., Wisniewski W., Colas F., Berthier J. : 2001, CCD photometry, spin and shape model of the asteroid 1572 Posnania, Astron. Astrophys 371 Michalowski T., Colas F., Kwiatkowski T., Kryszczynska A., Hirsch R., Michalowski J. : 2001, CCD photometry of the binary asteroid 90 Antiope, Astron. Astrophys. 378, L14-L16 Moisson X., Bretagnon P. : 2001, Analytical solution VSOP2000, Celest. Mech. Dyn. Astron. 80, 205213 Robutel Ph., Laskar J. : 2001, Frequency Map and Global Dynamics in the Solar System I : Short period dynamics of massless particles, Icarus 152, 4-28 Sanchez-Lavega A., Orton G. S., Morales R., Lecacheux J., Colas F., Fisher B., Fukumura-Sawada P., Golisch W., Griep D., Kaminski C., Baines K., Rages K., West R. : 2001, NOTE : The Merger of Two Giant Anticyclones in the Atmosphere of Jupiter, Icarus 149, 491 Sauzin D. : 2001, A new method for measuring the splitting of invariant manifolds, Annales scientifiques de l’école Normale Supérieure, 34, 159-221 Tanga P., Hestroffer D., Berthier J., Cellino A., Lattanzi M. G., di Martino M., Zappalá V. : 2001, NOTE : HST/FGS Observations of the Asteroid (216) Kleopatra, Icarus 153, 451 Thuillot W., Arlot J.-E., Ruatti Ch., Berthier J., Blanco C., Colas F., Czech W., Damani M., D´Ambrosio V., Descamps P., Dourneau G., Emelianov N., Foglia S., Helmer G., Irsmambetova T.R., James N., Laques P., Lecacheux J., Le Campion J.-F., Ledoux C., Le Floch J.-C., Oprescu G., Rapaport M., Riccioli R., Starosta B., Tejfel V.G., Trunkovsky E.M., Viateau B., Veiga C. H., Vu D. T. : 2001, The PHESAT95 catalogue of observations of the mutual events of the Saturnian satellites, Astron. Astrophys. 371, 343 Venturelli A. : 2001, Une caractérisation variationnelle des solutions de Lagrange du problème plan des trois corps, C.R.A.S. 332, Série I, 641-644 Vienne A., Thuillot, W., Veiga C.H., Arlot J.-E., Vieira Martins R. : 2001, Saturnian satellites observations made in Brazil during the 1995 opposition with an astrometric analyzis, Astron. Astrophys. 380, 727-733 • 2002 Arlot J.-E. : 2002, Predictions of the mutual events of the Galilean satellites of Jupiter occurring in 2002-2003, Astron. Astrophys. 383, 719 Boer M., Acker A., Atteia J.-L., Buchholtz G., Colas F., Deleuil M., Dennefeld M., Desert J.-M., Dolez N., Eysseric J. and 24 coauthors : 2002, ARAGO : a robotic observatrory for the variable sky, SPIE 4836, 138 Britzen S., Roland J., Laskar J., Kokkotas K., Campbell R.M., Witzel A. : 2002, On the origin of compact radio sources. The binary black hole model applied to the gamma-bright quasar PKS 0420-014, Astron. Astroph. 374, 784-799 Chenciner A. : 2002, Comment on « A simpler proof of regular polygon solutions of the N body problem » by Zhifu Xie and Shiqing Zhang, Physics Letters A 300, 156-158 Descamps P., Marchis F., Berthier J., Prangé R., Fusco Th., Le Guyader Cl. : 2002, First ground-based astrometric observations of Puck, C.R.A.S. 3, 1, 121-128 98 Féjoz J. : 2002, Quasiperiodic motions in the planar three-body problem, J. Differential Equations 183, 303-341 Féjoz J. : 2002, Global secular dynamics in the planar three-body problem, Celest. Mech. and Dynam. Astronom. 84, 159-195 Fienga A., Andrei A. H. : 2002, Estimation of zonal errors in star catalogs using CCD observations of ICRF sources, Astron. 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Forget F., Decamp N., Berthier J., Le Guyader Cl. : 2000, A New Model for the Seasonal Evolution of Triton, American Astronomical Society, DPS Meeting 32, 45.01, Bulletin of the American Astronomical Society, Vol. 32 Laskar J. : 2000, AMD-stability and the Spacing of Planetary Systems, American Astronomical Society, DPS meeting 32, 52.10 Laskar J. : 2000, Application of frequency map analysis in galactic dynamics, in proc. The Chaotic Universe, Rome, Pescara, 1-5 fev. 1999, V. Gurdzadyan and R. Ruffini, eds., World Scientific, 115-126 Morales R., Sánchez-Lavega A., Hueso R., Rojas J. F., Lecacheux J., Colas F., Orton G. S. : 19972000, Observations of interactions between giant vortices in the atmosphere of Jupiter, Highlights of Spanish astrophysics II, Proceedings of the 4th Scientific Meeting of the Spanish Astronomical Society (SEA), held in Santiago de Compostela, Spain, September 11-14, 2000, 102 Dordrecht : Kluwer Academic Publishers, 2001 xxii, Edited by J. Zamorano, J. Gorgas and J. Gallego, 261 Morales R., Sanchez-Lavega A., Lecacheux J., Colas F., Miyazaki : 2000, Jovian Vortices and Barges : HST observations 1994-1998, Amer. Astron. Soc., DPS meeting 32, 10.02 Robutel P., Laskar J. : 2000, Frequency Map and Global Dynamics in Planetary systems Short period Dynamics of Massless Particle, Planetary Systems in the Universe, IAU Symposium 202, Manchester (abstract) Robutel P., Laskar J. : 2000, Frequency map and global dynamics in planetary systems : Short period dynamics in Planetary systems in the univers: observation, formation and evolution, ASP Conference Series Robutel Ph., Laskar J. : 2000, Frequency Map and Global Dynamics in Planetary systems. Short Period Dynamics, American Astronomical Society, DPS meeting 32, 61.06 Robutel Ph., Laskar J. : 2000, Global dynamics in the Solar System in Us-European celestial mechanics workshop, 3 -7 July 2000, Poznan Sanchez-Lavega A., Orton G. S., Morales R., Lecacheux J., Colas F., Fisher B., Fukumura-Sawada P, Golisch W., Griep D., Kaminski C., Baines K., Rages K., West R. : 2000, The merger of two giant anticyclones in the atmosphere of Jupiter, Amer. Astron. Soc., DPS meeting 32, 04.01 Sauzin D. : 2000, A new method for measuring the splitting of invariant manifolds, Proc. of the International Conference on Differential Equations, Berlin, 1-7 August 1999, edited by B. Fiedler, K. Gröger and J. Sprekels, World Scientific, 1, 961-966 • 2001 Arlot J.-E. : 2001, Observational networks: the mutual events observations, Ceres 2001 Workshop on Astrometry and Physics of Minor Planets from Observational Networks, Paris Arlot J.-E. : 2001, The astrometric observation of the natural planetary satellites, International Conference Astrokazan'2001 Arlot J.-E., Baron N. : 2001, The natural satellites astrometric observations ndatabase NSDC, Ceres 2001 Workshop on Astrometry and Physics of Minor Planets from Observational Networks, Paris Baron N., Berthier J., Arlot J.-E. : 2001, The astronomic server of the Institut de mécanique céleste Paris, France, International Conference Astrokazan' 2001 Baudrand A., Bec-Borsenberger A., Borsenberger J., Barucci M.A. : 2001, First release of asteroidal I, J, K, magnitudes extracted from DENIS survey, Asteroids 2001 colloqium, Palerme Berthier J., Marchis F. : 2001, A Tool for Observations of Centaurs/Kuiper Objects with Adaptive Optics systems, American Astronomical Society, DPS Meeting 33, 12.17, BAAS, Vol. 33 Boatto S., Laskar J. : 2001, Point-vortex cluster formation: an energy bifurcation condition, American Physical Society, 54th Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics November 18-20, 2001 San Diego, abstract ED.001 Bretagnon P. : 2001, Étude des perturbations de Mars par les astéroides Ceres 2001 Workshop on Astrometry and Physics of Minor Planets from Observational Networks, Paris Cellino A., Diolaiti E., Ghedina A., Hestroffer D., Ragazzoni R., Tanga P. 2001. 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Triglav-Cekada M., Trayner C., International Meteor Organization, 140 Vaubaillon J., Thuillot W., Colas F., Arlot J.-E. : 2004, Estimation of the errors due to planetary ephemeris, Workshop on the risks connected to a NEO impact, CIAS, Chateau de Meudon 1314 September 2004 Vaubaillon J., Lyytinen E., Nissinen M., Asher D.J. : 2004, The 2003 Leonid shower from different approaches, WGN, Journal of the International Meteor Organization 31, 5, 131-134 Vernazza P., Fulchignoni M., Birlan M. : 2004, Spectroscopic investigation of Near-Earth Objects COSPAR Meeting, Paris, 18-25 July 2004 4.3. CONFÉRENCES INVITÉES • 2000 Albouy A. : 2000, Why are the Keplerian orbits closed, Colloque international de systèmes dynamiques en l'honneur de J. Palis, IMPA, Rio de Janeiro, 19-28 juillet Chenciner A. : 2000, Colloque international de systèmes dynamiques en l'honneur de J. Palis, IMPA, Rio de Janeiro, 19-28 juillet Chenciner A. : 2000, Action minimizing periodic orbits in the Newtonian n-body problem, Colloque international Regular and unstable motions in Hamiltonian systems, Roma, 5-9 septembre Féjoz J. : 2000, Global secular dynamics in the planar Three-Body problem, Ergodic theory and statistical mechanics seminar, Princeton university, mars Laskar J. : 2000, Frequency Map Analysis, Colloque international Regular and unstable motions in Hamiltonian systems, Roma, 5-9 septembre Laskar J. : 2000, Colloque international de systèmes dynamiques en l'honneur de J. Palis, IMPA, Rio de Janeiro, 19-28 juillet Laskar J. : 2000, Les mathématiques, éléments de culture, en relation avec toutes les sciences, Société mathématique du Luxembourg, UNESCO, 2 et 3 juin Laskar J. : 2000, conférence on Application of Computer Algebra, IMACS ACA'2000, St Petersburg Russia, 25-28 juin Laskar, J. : 2000, Workshop on Dynamical Systems, Edinburgh, 10-14 July Laskar, J. : 2000, International Meeting 2000 of the Astronomische Gesellschaft, Bremen, 18-22 septembre Sauzin D. : 2000, Colloque international, European Dynamics Days 2000, Guildford, juin 111 Sauzin D. : 2000, Colloque international Perturbative methods for partial differential equations and dynamical systems, Cagliari, octobre • 2001 Albouy A. : 2001, The Kepler problem and projective geometry, Premier Congrès Franco-Américain de Mathématiques AMS-SMF, Lyon, juillet Albouy A. : 2001, The Kepler problem and projective geometry, Colloque international sur les systèmes hamiltoniens et la mécanique céleste HAMSYS, Guanajuato, Mexique, mars Arlot J.-E. : 2001, Observations of Natural Planetary Satellites with Small Telescopes, Annual Scientific Meeting of the Astronomische Gesellschaft at the Joint European and National Meeting JENAM 2001 of the European Astronomical Society and the Astronomische Gesellschaft at Munich, JD 03 02, septembre Chenciner A. : 2001, Colloque international sur les systèmes hamiltoniens et la mécanique céleste HAMSYS, Guanajuato, mars Chenciner A. : 2001, Colloque international en l’honneur de Michael Herman, IMPA, Rio de Janeiro, avril Chenciner A. : 2001, Colloque international en l’honneur de Michael Herman et Jurgen Moser, ICMS Edinburgh, mai Chenciner A. : 2001, Colloque international de Systèmes dynamiques, Oberwolfach, juillet Chenciner A. : 2001, Colloque international de Systèmes dynamiques, ICTP Trieste, août Laskar J. : 2001, CERN accelerator School, Seville, 15-26 octobre Sauzin D. : 2001, Colloque international de Systèmes dynamiques, Oberwolfach, juillet Sauzin D. : 2001, Colloque sur les équations différentielles dans le champ complexe à la mémoire de Raymond Gérard, IRMA - université Louis Pasteur de Strasbourg, février Thuillot W. : 2001, Asteroids and their Satellites, Annual Scientific Meeting of the Astronomische Gesellschaft at the Joint European and National Meeting JENAM 2001 of the European Astronomical Society and the Astronomische Gesellschaft, Munich, JD 03 03, septembre • 2002 Albouy A. : 2002, Self-similar motions. The N-body problem and the N-vortex problem, Workshop on Classical N-body problems and their applications, Warwick University, Grande-Bretagne, 1519 avril Albouy A. : 2002, Classical gravitational field in the framework of projective differential geometry, Congrès satellite de l’ICM, Nonlinear Functional Analysis, Taiyuan (Shanxi), 14-18 août Albouy A. : 2002, The simplest integrable generalization of the two fixed centers problem, Congrès international à la mémoire de V.M. Alekseyev, Modern Theory of Dynamical Systems and Celestial Mechanics, Moscou, 23-28 décembre Albouy A. : 2002, Algebraic and non-algebraic equations in the N-body problem, 8th International Conf. on Applications of Computer Algebra, Volos, Grèce, juin Chenciner A. : 2002, Action minimizing periodic orbits in the Newtonian N-body problem in Celestial Mechanics, Dedicated to Don Saari for his 60th Birthday, A. Chenciner, R. Cushman, C. Robinson, Z.J. Xia editors, Contemporary Mathematics 292, AMS, 71-90 Chenciner A. : 2002, Semestre sur les Systèmes Dynamiques, Pise, 5-8 février et 22-26 avril Chenciner A. : 2002, From Lagrange to the eight : Marchal's P12 family, Workshop on Classical Nbody problems and their applications, Warwick University, Grande-Bretagne, 15-19 avril Chenciner A. : 2002, Action minimizing solutions of the N body problem: from homology to symmetry, Congrès international des mathématiciens (ICM), Pékin, août 2002, vol. III, 279-294 Chenciner A. : 2002, De la mécanique céleste à la théorie des systèmes dynamiques, aller et retour : Poincaré et la géométrisation de l’espace des phases, Actes de la conférence Epistémologie des systèmes dynamiques, Paris Chenciner A. : 2002, Mather's fest, Penn State University 14-15 octobre 112 Chenciner A. : 2002, Princeton University, 21 octobre Chenciner A. : 2002, Congrès international à la mémoire de V.M. Alekseyev, Modern Theory of Dynamical Systems and Celestial Mechani , Moscou, 23-28 décembre Chenciner A. : 2002, Congrès satellite de l’ICM, New Directions in Dynamical Systems, Kyoto, 5-15 août Chenciner A. : 2002, Congrès satellite de l’ICM, Nonlinear Functional Analysis, Taiyuan (Shanxi), 14-18 août Féjoz J. : 2002, Diffusion in the five body problem, Workshop on Classical N-body problems and their applications, Warwick University, Grande-Bretagne, 15-19 avril Féjoz J. : 2002, Congrès international à la mémoire de V.M. Alekseyev, Modern Theory of Dynamical Systems and Celestial Mechanics, Moscou, 23-28 décembre Féjoz J. : 2002, Workshop on Hamiltonian dynamical systems, Imperial College, London, 14 février Laskar J. : 2002, Trimester on Dynamical Systems, École Normale Supérieure de Pise, 18-24 mars Laskar J. : 2002, Let's face chaos through nonlinear dynamics CAMTP, Maribor, Slovenia 30 juin-14 juillet Laskar J. : 2002, TH2002, International Conference on Theoretical Physics, Paris, UNESCO, 22-27 juillet Laskar J. : 2002, ISSI Workshop on Planetary Systems and Planets in Systems, Saas Fee, Suisse, 2-6 septembre, Laskar J. : 2002, Astrophysical Tides : Effects in the Solar and Exoplanetary Systems, IAU Colloquium 189, Nanjing, Chine, 16-20 septembre Sauzin D. : 2002, An idea of M. Herman to construct Gevrey unstable systems, Colloque international à la mémoire de Michael Herman, Institut Henri Poincaré, Paris Sauzin D. : 2002, Optimal Nekhoroshev estimates for Gevrey Hamiltonian systems, colloque international New Directions in Dynamical Systems, Kyoto, Japon Sauzin D. : 2002, Two examples of resurgence, Colloque en l’honneur de Frédéric Pham, Singularités, équations différentielles et aspects mathématiques de la physique quantique, Nice Sauzin D. : 2002, Two examples of resurgence, Workshop on Analyzable Functions and Applications, organisé par M. Kruskal, O. Costin et A. J. Macintyre à Édimbourg. Sauzin D. : 2002, Congrès satellite de l’ICM, New Directions in Dynamical Systems, Kyoto, 5-15 août Sauzin D. : 2002, conférencier invité pour cinq conférences (trois « survey lectures » sur « Nekhoroshev estimates and instability for Gevrey class Hamiltonians » et deux sur « Analytic properties of solutions of cohomological equations ») dans le Research trimester on dynamical systems organisé par le centre de recherche Ennio de Giorgi de l’École Normale Supérieure de Pise • 2003 Albouy A. : 2003, Equadiff, International conference on differential equations, Hasselt, Belgium, juillet Albouy A. : 2003, Colloque Géométrie, systèmes dynamiques et mécanique céleste - Journées en l’honneur d’Alain Chenciner, Institut Henri Poincaré, Paris, octobre Celli M. : 2003, Conférence AIM, Variational Methods in Celestial Mechanics, Palo Alto, juin Chenciner A. : 2003, conférence plénière au Congrès International de Physique Mathématique, Lisbonne, 27 juillet-2 août Chenciner A. : 2003, Colloque de Systèmes dynamiques, Oberwolfach, juillet Chenciner A. : 2003, Conférence AIM, Variational Methods in Celestial Mechanics , Palo Alto, juin Féjoz J. : 2003, Conférence AIM, Variational Methods in Celestial Mechanics, Palo Alto, juin Féjoz J. : 2003, Colloque Géométrie, systèmes dynamiques et mécanique céleste - Journées en l’honneur d’Alain Chenciner, Institut Henri Poincaré, Paris, octobre Laskar J. : 2003, Colloque Géométrie, systèmes dynamiques et mécanique céleste - Journées en l’honneur d’Alain Chenciner, Institut Henri Poincaré, Paris, octobre Laskar J. : 2003, École thématique du CNRS : Dynamique des corps non ponctuels, Lanslevillars, 2329 mars 113 Laskar J. : 2003, PAC 2003, Particle Accelerator Conference, Portland 12-16 mai Laskar J. : 2003, COCHEM'03, Summer School On Nonlinear Phenomena In Computational Chemical Physics, Barcelone, 9-14 juin Laskar J. : 2003, XIXth IAP Colloquium, Extrasolar Planets, today and tomorrow, Paris, 30 juin-4 juillet Laskar J. : 2003, Chaotic Dynamics and Transport in Classical and Quantum Systems, NATO School, Cargèse, 18-30 août Laskar J. : 2003, Frequency Map Analysis and Particle Accelerators, Particle Accelerator Conference PAC 2003 , Portland, 12-16 May 2003, WOAB001 Marco J.-P., Sauzin D. : 2003, Gevrey examples of Arnold diffusion, Coll. Int. à l’occasion du 60ème anniv. de J.-P. Ramis : ana. complexe, syst. dyn. analytiques, sér. div., th. Galois, Université Paul Sabatier, Toulouse Niederman L. : 2003, Journées Arithmétique et Systèmes Dynamiques, Orléans, 6-7 février Niederman L. : 2003, Geometry, Symmetry and Mechanics III, Cargèse, 5-10 mai Sauzin D. : 2003, Gevrey examples of Arnold diffusion with a wandering domain, colloque Géométrie, systèmes dynamiques et mécanique céleste - Journées en l’honneur d’Alain Chenciner, Institut Henri Poincaré, Paris • 2004 Albouy A. : 2004, New hidden symetries in the Kepler problem and the Lambert’s theorem, Colloque international de Mécanique Céleste, Banff (Canada), 17-22 avril Albouy A. : 2004, The structure of first integrals in projective dynamics, Third international conference on Nonlinear Analysis : Hamiltonian Systems and Celestial Mechanics, Nankai University, Tianjin (Chine), juin Arlot J.-E. : 2004, Transit of Venus : the history, VT-2004 meeting for Education Luxembourg Arlot J.-E. : 2004, The Venus transit, VT-2004 meeting for Media, ESO Garching Arlot J.-E., Rocher P., Thuillot W. : 2004, The UA calculation, International meeting The Venus Experience, Paris, novembre Chenciner A. : 2004, Rotating eights, Colloque international de Mécanique Céleste, Banff (Canada) 17-22 avril Chenciner A. : 2004, Conférence invitée au Workshop on Hamiltonian dynamical systems au Centre de recherche mathématique de Montreal, mai Chenciner A. : 2004, Are there perverse choregraphies ?, Proc. of the HAMSYS conference held in Guanajuato in march 2001, Celestial mechanics and Hamiltonian systems, p. 63-76 Kluwer Chenciner A. : 2004, Third international conference on Nonlinear Analysis : Hamiltonian Systems and Celestial Mechanics, Nankai University, Tianjin (Chine), juin Chenciner A. : 2004, Une note de Poincaré, Colloque H. Poincaré, Inst. H. Poincaré, 16-18 décembre 2004 Chenciner A.: 2004, The n-body problem and the principle of (really) least action, Conférence internationale en l’honneur d’Ivar Ikeland, Univ. Paris Dauphine, 6-8 juillet Féjoz J. : 2004, Meeting on Mechanics and Symmetry, Instituto Superior Tecnico, Lisbonne, janvier Féjoz J. : 2004, Arnold’s theorem on the stability of the planetary problem, Univ. Rome III, septembre Laskar J. : Frequency map analysis Workshop, 1-2 avril Laskar J. : 2004, Long Term Evolution of the Terrestrial Planets Spin Axis, Dyn. Div. Astron., Cannes, 18-24 avril Laskar J. : 2004, Poincaré and the Stability of the Solar System, Symp. H. Poincarré, Univ. Libre de Bruxelles, 8-9 octobre Laskar J. : 2004, Hamiltonian systems, Control and plasma physics, Fréjus, 21-23 octobre Niederman L. : 2004, International Conference on Dynamical Systems, National Center for Theoretical Sciences, Taiwan, 23-28 Juin Sauzin D. : 2004, Skew-products over the Bernoulli shift with an infinite ergodic measure, Workshop on Hamiltonian Dynamical Systems, C.R.M., université de Montréal 114 Sauzin D. : 2004, Aspects algébriques et analytiques des equations aux (q-) differences – Liens avec Galois classique et arithmétique, Univ. Lille 1, septembre Thuillot W. : 2004, The Venus transit and the AU calculation, VT-2004 meeting for Education, Luxembourg Thuillot W., Arlot J.-E. : 2004, History of the Venus transit and the AU calculation, VT-2004 meeting, Prague 4.4. ARTICLES DANS DES LIVRES SCIENTIFIQUES • 2002 Albouy A. : 2002, Lectures on the two-body problem, in « Classical and Celestial Mechanics. The Recife Lectures. edited by H. Cabral and F. Diacu, Princeton University Press, 63-116 • 2003 Rocher P. : 2003, Histoires des passages de Mercure et de Vénus devant le Soleil, cahier thématique de l’Annuaire du Bureau des longitudes année 2004 • 2004 Albouy A. : 2004, Lectures on the two-body problem (in Russian), in « Volume 2, Relative equilibria and periodic solutions », serie « Celestial Mechanics », edited by A. Borisov, Moscow-Izhevsk, Institute of Computer Science Arlot J.-E. : coordination de l’ouvrage Le Passage de Vénus devant le Soleil. EDP Sciences. (2004) Arlot J.-E. : 2004, Les autres passages dans le système solaire, éclipses et occultations, in Le Passage de Vénus devant le Soleil. EDP Sciences Arlot J.-E., Rocher P. : 2004, Introduction, généralités sur les passages, Vénus et Mercure, in Le Passage de Vénus devant le Soleil. EDP Sciences Chenciner A., Féjoz J., Montgomery R. : 2004, Rotating Eights I : the three Γi families, World Scientific, dans un livre dédié à A. Weinstein (à paraître) Féjoz J. : 2004, Exercices corrigés de théorie de la mesure et de l’intégration, polycopié de Licence de mathématiques, université Paris VI Laskar J. : 2004, La rotation de la planète Vénus, in Le Passage de Vénus devant le Soleil. EDP Sciences Lourens L.J., Hilgen F.J., Laskar J., Shackleton N.J., Wilson D. : 2004, The Neogene Period. In F. Gradstein, J. Ogg et al. - A Geologic Time Scale 2004. Cambridge University Press, UK (à paraître) Rocher P. : 2004, Histoire des observations des passages, in Le Passage de Vénus devant le Soleil. EDP Sciences Rocher P. : 2004, La prédiction des passages de Mercure et de Vénus, in Le Passage de Vénus devant le Soleil. EDP Sciences Rocher P. : 2004, Le passage de Vénus du 8 juin 2004, in Le Passage de Vénus devant le Soleil. EDP Sciences Rocher P. : 2004, L’utilisation du passage du 8 juin pour mesurer l’unité astronomique, in Le Passage de Vénus devant le Soleil. EDP Sciences Theureau G., Arlot J.-E. : 2004, La détermination des distances dans le système solaire et dans l’univers, in Le Passage de Vénus devant le Soleil. EDP Sciences 115 4.5. PUBLICATIONS ET COMMUNICATIONS DIVERSES 4.5.1. Journées Scientifiques 2000 de l’IMCCE Note Scientifique et Technique S076 de l’IMCCE, IMC-Éditions Abdullah K, Albouy A. : 2000, Sur une résonance mystérieuse signalée par M. Herman, ibid., 35 Albouy A. : 2000, Pourquoi les orbites képleriennes sont-elles fermées ? ibid., 39 Arlot J.-E., Bec-Borsenberger A., Baron N. : 2000, Observations des satellites lointains de Jupiter et Saturne, ibid., 43 Arlot J.-E., Ruatti Ch., Thuillot W. : 2000, Les campagnes d’observation des phénomènes mutuels et l’analyse des observations, ibid., 131 Bange J.-F. : 2000, Sur la nature de Phobos: histoire d´une controverse entre science et science fiction, ibid., 67 Baudrand A., Bec-Borsenberger A. : 2000, État d’avancement de la chasse aux astéroïdes dans DENIS, ibid., 89 Berthier J., Descamps P., Fienga A. : 2000, La chaîne complète de réduction astrométrique de l’IMCCE, ibid., 47 Boatto S. : 2000, Diffusion et agrégation des particules en milieu turbulent créées par des tourbillons, ibid., 9 Bretagnon P., Heurtier M., Martinez M. : 2000, Le service de renseignements astronomiques, ibid., 139 Bretagnon P., Rocher P., Simon J.-L. : 2000, Rotation de la Terre et vecteur instantané de rotation, ibid., 109 Breton E. : 2000, Modélisation d’une intégration numérique en séries de Fourier avec les TFD, ibid., 83 Chenciner A. : 2000, Une nouvelle classe de solutions périodiques du problème des n corps dans le cas où les masses sont égales, ibid., 73 Correia A. : 2000, Rotation à long terme des planètes telluriques, ibid., 149 Couren L. : 2000, Visibilité du site www.bdl.fr, ibid., 57 Derouazi Th. : 2000, Bibliothèque de l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides, ibid., 53 Descamps P., Marchis F., Berthier J., Prangé R., Le Guyader Cl. : 2000, Observation astrométrique en optique adaptative, ibid., 141 Duriez L. : 2000, Calculs de mécanique céleste avec MAPLE appliqués aux mouvements des planètes et des satellites, ibid., 7 Emelianov N. : 2000, La base de données « satellites naturels » et les observations réalisées dans les pays de l’ex-URSS, ibid., 25 Emelianov N., Baron N. : 2000, Les problèmes lies aux éphémérides des satellites naturels, ibid., 19 Fienga A., Berthier J. : 2000, Collaboration IMCCE/CNES autour de MSR : bilan et perspectives, ibid., 91 Gastineau M., Laskar J. : 2000, Développement de TRIP, un manipulateur algébrique pour la mécanique céleste, ibid., 165 Hestroffer D. : 2000, GAIA et le système solaire, ibid., 123 Lainey V. : 2000, Influence de perturbations non prises en compte sur le système galiléen, ibid., 103107 Le Guyader Cl., Berthier J. : 2000, Les éphémérides des satellites de Neptune, ibid., 29 Lemaître-Pottier S. : 2000, Nouveautés et projets éditoriaux, ibid., 99 Lemaître-Pottier S., Raoult V. : 2000, Utilité et destination de nos ouvrages d’éphémérides, ibid., 161 Malige F. : 2000, Réduction partielle utilisant le moment cinétique pour le problème planétaire des n corps, ibid., 115 Moisson X, Bretagnon P. : 2000, Solution planétaire analytique VSOP2000, ibid., 1 Montintin A. : 2000, Le réseau RENATER et les réseaux haut débit. Les évolutions à venir, ibid., 155 Nadolski L. : 2000, Analyse en fréquence et dynamique globale d’un accélérateur de particules, ibid., 95 116 Niederman L. : 2000, Stabilité exponentielle pour des petites perturbations des systèmes hamiltoniens intégrables raides, ibid., 153 Renaudineau J. : 2000, Bilan des trois dernières années de relations extérieures 1998, 1999, 2000 à l’IMCCE, ibid., 135 Rocher P. : 2000, Le calcul des éclipses de Soleil à l’IMCCE, ibid., 15 Robutel Ph. : 2000, Application fréquence et dynamique globale dans le système solaire : dynamique à court terme des petits corps, ibid., 87 Satre G. : 2000, Migration Minitel-Web, ibid., 65 Sauzin D. : 2000, Séries Gevrey et théorème de Nekhoroshev, ibid., 145 Simon D. : 2000, La gestion financière d’une unité de recherche, ibid., 159 Simon, J.-L. : 2000, La solution analytique TOP2000 pour le mouvement des grosses planètes, ibid., 77 Thuillot W., Kikwaya J.-B., Rocher P. : 2000, Satellites d’astéroïdes, ibid., 127 Vaubaillon J. : 2000, Forces non gravitationnelles et Léonides, ibid., 61 Vienne A. : 2000, Quelques aspects de la dynamique des huit principaux satellites de Saturne, ibid., 117 4.5.2. Journées Scientifiques 2003 de l’IMCCE Note scientifique et technique de l’IMCCE, à paraître Albouy A. : 2003, Histoire des équations de Newton. Un demi-siècle d'incompréhension, ibid. Arlot J.-E., Baron N., Emelianov N., Lainey V. : 2003, Satellites naturels: le point sur les éphémérides et les bases de données, ibid. Arlot J.-E., Rocher P., Thuillot W. : 2003, Passage de Vénus du 8 juin 2004 : un projet éducatif européen, ibid. Arlot J.-E., Ruatti Ch. : 2003, Les campagnes d'observation en cours à l’IMCCE concernant les satellites naturels des planètes : traitement de données et exploitation, ibid. Bec-Borsenberger A., Fienga A., Thuillot W. : 2003, Programme d’observations et détermination de masses d’astéroïdes, Journées scientifiques 2003 de l’IMCCE, ibid. Berthier J. : 2003, Navigation interplanétaire: implication présente et future de l’IMCCE, ibid. Chenciner A. : 2003, Solutions du problème des n corps joignant deux configurations arbitraires en temps donné : l’idée de Ch. Marchal et ce qui s’en suit, ibid. Celli M. : 2003, Un cas d’intégrabilité du problème des trois corps à somme des masses nulle, ibid. Colas F. : 2003, Formes des astéroïdes, vers une unification des études de courbes de lumière et des occultations stellaires des astéroïdes, ibid. Derouazi Th. : 2003, La bibliothèque : état des lieux, ibid. Descamps P., Berthier J., Couren M., Montintin A. : 2003, Le portail internet de l’IMCCE, ibid. Descamps P., Berthier J., Hestroffer D., Vachier F. : 2003, Observation et recherche d’astéroïdes binaires, ibid. Duriez L. : 2003, Potentialités de Cabri-géomètre pour l’enseignement de la mécanique, ibid. Emelianov N. : 2003, Satellites naturels : le point sur les éphémérides et les bases de données, ibid. Fienga A., Simon J.-L. : Les solutions planétaires de l’IMCCE, Bilan et Perspectives, ibid. Féjoz J. : 2003, Théorie KAM et stabilité du problème planétaire, ibid. Gastineau M., Laskar J. : 2003, Outils numériques de TRIP, ibid. Herraud Ch. : 2003, Les marchés publics, ibid. Hestroffer D. : 2003, Figures d’équilibre parmi les astéroïdes, ibid. Laskar J. : 2003, L’analyse en fréquence, ibid. Laskar J., Correia A., Fienga A., Gastineau M., Joutel F., Levrard B., Robutel Ph. : 2003, Éphémérides à très long terme et paléoclimats, ibid. Lemaître S. : 2003, Le service d’éditions de l’IMCCE, ibid. Levrard B. : 2003, Hystérésis climatique et dérive des obliquités planétaires, ibid. Martinez-Bonnaventure M. : 2003, Les renseignements astronomiques, ibid. Niedermann L. : 2003, Stabilité des systèmes hamiltoniens et géométrie réelle analytique, ibid. Noyelles B. : 2003, Observations et exploitations de phénomènes mutuels, ibid. 117 Rocher P., Arlot J.-E. : 2003, Compte rendu sur l’enseignement aux IUFM dans le cadre de l’observatoire de Paris, ibid. Rocher P. : 2003, Calcul des canons des passages de Mercure et de Vénus devant le Soleil, ibid. Robutel Ph. : 2003, Analyse en fréquence et dynamique séculaire des astéroïdes, ibid. Sauzin D. : 2003, Exemples non analytiques de diffusion d’Arnold, ibid. Simon J.-L. : Représentation analytique du mouvement de Pluton, ibid. Thuillot W. : 2003, Un projet de Réforme de la Connaissance des temps, ibid. Thuillot W., Simon J.-L., Fienga A. : Connaissance des Temps : un projet de rénovation. Vaubaillon J. : 2003, Essaims météoritiques, ibid. Vienne A, Lainey V. : 2003, Éphémérides, observations et réductions dans les systèmes galiléens et saturniens, ibid. 4.5.3. Notes Scientifiques et Techniques de l’IMCCE Rocher P. : 2000, Éphémérides des astéroïdes pour l’année 2001, Note Scientifique et Technique de l’IMCCE, S070 Descamps P., Berthier J., Marchis F. : 2000, Astrométrie à petit champ en optique adaptative, Note Scientifique et Technique de l’IMCCE, S072 Descamps P. : 2000, Représentation polaire d’une orbite képlérienne dans le plan tangent, Note Scientifique et Technique de l’IMCCE, S073 Brumberg V. A. : 2000, Algorithms of relativistic reductionof space astrometric observations, Note Scientifique et Technique de l’IMCCE, S074 Rocher P. : 2002, Éphémérides des astéroïdes pour l’année 2002, Note Scientifique et Technique de l’IMCCE, S075 IMCCE : 2003, Journées scientifiques de l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides, Note Scientifique et Technique de l’IMCCE, S076 Vienne A., Thuillot W., Arlot J.-E. : 2001, Astrometric reduction of CCD observations of planetary satellites without reference star, Note Scientifique et Technique de l’IMCCE, S077 Sauzin D. : 2004, Contribution à la théorie des perturbations des systèmes hamiltoniens et à la théorie de la résurgence, Mémoire en vue de l’habilitation à diriger des recherches en mathématiques, Note Scientifique et Technique de l’IMCCE, S080 4.5.4. Autres publications et communications • 2000 Chenciner A. : 2000 Connaissez-vous le pendule ?, Gazette des mathématiciens 86, 21-27, octobre 2000 Colas F., Fienga A., Buil C. : 2000, Supernova 2000B in NGC 2320, IAUC 7351 • 2001 Chenciner A. : 2001 Michel Herman, la mécanique céleste et quelques souvenirs, Gazette des mathématiciens 88, 84-90, avril 2001 Chenciner A. : 2001 De la Mécanique céleste à la théorie des systèmes dynamiques, aller et retour : l’héritage de Poincaré, actes du colloque Epistémologie des systèmes dynamiques, Paris, novembre 1999 (à paraître) Michalowski T., Kwiatkowski T., Kryszczynska A., Colas F., Michalowski J. : 2001, (90) Antiope, IAU Circ. 7757 Nicolini M., Griesser M., Manteca J., Naves N. R., Campas M., Reina L.E., Asami A., Asher D.J., Hashimoto S., Isobe S., Nakano S., Oshima Y., Terazono J., Urata T., Yoshikawa M., Kadota 118 K., Rodriguez D., Masi G., Pravec P., Kusnirak P., Gaillard B., Cavadore C., Colas F., Dupouy P., Pettarin E., Sanchez S., Rodriguez J., Demeautis C., Elliott R., Hale A., Nomen J., Marsden B. G. : 2001, Comet P/20, MPEC Q31N Robutel Ph. : 2001, Hamiltonian Systems and Fourier analysis: theoretical and numerical tools, Porquerolles (France), 9 -15 September 2001 • 2002 Arlot J.-E. : 2002, PHEMU03, L’Astronomie, décembre 2002, vol. 116 Arlot J.-E. : 2002, Campagne PHEMU 2003, L’Astronomie, octobre 2002, 116 Albouy A., Stuchi T. : 2002, Quasi-integrability in a class of systems generalizing the problem of two fixed centers, http://arXiv.org/ab/nlin.CD/0210020 (preprint) Arlot J.-E., Lainey V. : 2003, Détermination des effets de marées dans le système galiléen II, 19ème réunion des sciences de la Terre, Nantes, avril 2002 Chenciner A. : 2002, The role of symmetries in the n-body problem, Mini-cours et Conférence au semestre sur les Systèmes Dynamiques, Pise, février et avril 2002 Chenciner A., Gerver J., Montgomery R., Simó C. : 2002, Simple Choreographic Motions of N bodies : A Preliminary Study, in Geometry, Mechanics, and Dynamics, 289-310, Springer (in press) Colas F. et al. : 2002, Le programme « Vigie-comète » et le spectro réducteur « Palombe » de la station de planétologie des Pyrénées, Colloque du Prog. Nat. de Planétologie, Nantes Descamps P. : 2002, MOVIS : Modélisation et Visualisation d’objets et de phénomènes du système solaire, Séminaires Techniques 2002 ENVI-IDL Hestroffer D. : 2002, Asteroids survey with GAIA - Scientific impacts, Memorie della Societa' Astronomica Italiana, 73, 3, 764 Hestroffer D., Tanga P., Berthier J, Cellino A., Lattanti M., di Martino M., Zappala, V. : 2002,HST/FGS interferometric observations of asteroids. Mem. Soc. Astron. Italiana 73, 674 Klotz A., Boer M., Thuillot W. : 2002, GRB 021004 : optical measurement at OHP. GRB Coordinates Network, 1615, 1 Lainey V., Vienne A. : Détermination des effets de marées dans le système galiléen I, 19ème réunion des sciences de la Terre, Nantes, avril 2002 Levrard B., Laskar J. : 2002, La friction climatique a t’elle changé l’obliquité terrestre, Colloque du Prog. Nat. de Planétologie, Nantes Marchis F., Berthier J., Boenhardt H., Hainaut O., Delsanti A., Dumas C., Gavel D. : 2002, 1999 TC_36, IAU Circ. 7807 Robutel Ph., Laskar J. : 2002, Analyse en fréquence et dynamique globale des systèmes planétaires, Colloque du Prog. Nat. de Planétologie, Nantes Rocher P. : 2002, Notes éclipses de Soleil : Calcul des circonstances de l’éclipse annulaire totale du 8 avril 2005, Institut de mécanique céleste, Paris Rocher P. : 2002, Notes éclipses de Soleil : Calcul des circonstances de l’éclipse annulaire du 3 octobre 2005, Institut de mécanique céleste, Paris Shackleton N.J., Crowhurst S.J., PSlike H., Laskar J. : 2002, Orbital Tuning and re-Tuning ; Art and Science, AGU, GP62A-01 • 2003 Albouy A.: 2003, Séminaire d’histoire de l’astronomie, J. Eisenstadt, observatoire de Paris, novembre Albouy A. : 2003, Le problème de Kepler en dynamique projective, actes du séminaire Histoire de Géométries, Maison des Sciences de l’Homme, 8 pages Albouy A. : 2003, The underlying geometry of the fixed centers problems, Topological Methods, Variational Methods and their applications, edited by H. Brezis, K.C. Chang, S.J., Li and P. Rabinowitz, World Scientific, 11-21 Apitzsch A.R., Sanchez S., Stoss R., Nomen J., Froehlich M., Hug G., Arlot J.-E., Mikuz H., Buzzi L.: 2003, Comet C/2003 F1 (LINEAR), IAU Circ., 8098, 1 Arlot J.-E. : 2003, Organisation d’une campagne d’observation, VIIIe école d’astrophysique d’Oléron Outils de l'astrophysique pour une coopération professionnels/amateurs, Oléron, 6 - 11 mai 119 Arlot J.-E., Thuillot W., Bechet C., Arlot S. : 2003, Minor Planet Observations [511] Haute Provence, MPEC 49442, 1A Colas F. : 2003, Le point sur le passage de Mercure devant le Soleil, VIIIe école d'astrophysique d’Oléron Outils de l’astrophysique pour une coopération professionnels/amateurs, Oléron, 6 11 mai Colas F. : 2003, Panorama des domaines astrophysiques : méthodes d’observations, VIIIe école d’astrophysique d’Oléron Outils de l’astrophysique pour une coopération professionnels/ amateurs, Oléron, 6-11 mai Fienga A., Andrei A.-H. : 2003, Results from a rigourous astrometry method in optical astrometry, SF2A-2003, Semaine de l’Astrophysique Francaise, meeting held in Bordeaux, France, June 1620, 2003. Eds. : F. Combes, D. Barret and T. Contini, EDP-Sciences, Conference Series, 148 Fienga A., Simon J.-L. : 2003, Planetary solutions : past and future, SF2A-2003, Semaine de l’Astrophysique Française, meeting held in Bordeaux, France, June 16-20, 2003. Eds. : F. Combes, D. Barret and T. Contini. EDP-Sciences, Conference Series, 1 Gastineau M., Laskar J. : 2003, Manuel utilisateur de TRIP V0.98, preprint, 154 pages Lainey V., Arlot J.-E. : 2003, L’apport des phénomènes mutuels à la connaissance des satellites galiléens, Semaine de l’Astrophysique Française, SF2A-2003, Semaine de l’Astrophysique Française, meeting held in Bordeaux, France, June 16-20, 2003. Eds. : F. Combes, D. Barret and T. Contini., EDP-Sciences, Conference Series Lainey V., Arlot J.-E., Berthier J., Thuillot W. : 2003, Traitement des objets du système solaire dans le cadre de l’observatoire virtuel, Forum Bases, traitement de données, et observatoire virtuel, Observatoire de Paris Rocher P. : 2003, Notes éclipses de Soleil : Calcul des circonstances de l’éclipse totale du 29 mars 2006, Institut de mécanique céleste, Paris Rocher P. : 2003, Notes éclipses de Soleil : Calcul des circonstances de l’éclipse annulaire du 22 septembre 2006, Institut de mécanique céleste, Paris Roques F., Chevreton M., Colas F., Lecacheux J., Moncuquet M., Tozzi G.P. : 2003, Detection of small Kuiper Objects by stellar occultation method SF2A-2003, Semaine de l’Astrophysique Française, meeting held in Bordeaux, France, June 16-20, 2003. Eds. : F. Combes, D. Barret and T. Contini., EDP-Sciences, Conference Series, 60 Sicardy B., Widemann T., Lellouch T., Colas F., Roques F., Veillet C., Cuillandre J.-C. : 2003, Drastic changes in Pluto atmosphere revealed by stellar occultations, SF2A-2003, Semaine de l’Astrophysique Française, meeting held in Bordeaux, France, June 16-20, 2003. Eds. : F. Combes, D. Barret and T. Contini., EDP-Sciences, Conference Series, 62 Thuillot W. : 2003a, Astrométrie, éphémérides des objets du système solaire et observatoire virtuel, Forum Bases, traitement de données, et observatoire virtuel, Observatoire de Paris Vienne A., Arlot J.-E., Lainey V., Thuillot W. : Ephemerides of bodies of the Solar System : present status and projects, Semaine de l’Astrophysique Française, SF2A-2003, Semaine de l’Astrophysique Française, meeting held in Bordeaux, France, June 16-20, 2003. Eds. : F. Combes D., Barret and T. Contini, EDP-Sciences, Conference Series • 2004 Arlot J.-E. : 2004, Le passage de Vénus, pourquoi une telle rareté ? L’Astronomie, mai 2004, vol. 118 Berthier J., Descamps P., Hestroffer D., Lecacheux J., Marchis F. : 2004, (22) Kalliope I (Linus), IAUC 8338 Chenciner, A. : 2004, Solutions du problème des n corps joignant deux configurations : l’idée de Christian Marchal et ce qui s’en suit, Gazette des Mathématiciens, 99, 5 Hestroffer D., Tanga P. : 2004, Asteroids from observations to model. Lecture Notes in Physics (J. Souchay Ed.), sous presse Lecacheux J., Marchis F., De Pater I., Hestroffer D., Descamps P., Berthier J. : 2004, S/2002 (121) 1, IAUC 8285 Marchis F., Laver C., Berthier J., Descamps P., Hestroffer D., de Pater I., Behrend R., Roy R., Baudoin P. : 2004, (121) Hermione, IAUC 8264 120 Lainey V., Tobie, G. : 2004, Io’s secular acceleration vs observational accuracy, comm.. SF2A-2004 : Semaine de l’Astrophysique Française, meeting held in Paris, France, June 14-18, 2004, Eds. : F. Combes, D. Barret, T. Contini, F. Meynadier and L. Pagani EDP-Sciences, Conference Series Levrard B., Forget F., Montmessin F., Laskar J. : 2004, Climatic models and obliquity variations, SF2A-2004 : Semaine de l’Astrophysique Française, meeting held in Paris, France, June 14-18, 2004, Eds. : F. Combes, D. Barret, T. Contini, F. Meynadier and L. Pagani EDP-Sciences, Conference Series, 235 Niederman L. : 2004, Prevalence of exponential stability among nearly integrable Hamiltonian systems, Prépublication Orsay 2004, 39 Thuillot W. : 2004, Analyse du livre « A la découverte de la Lune », Pour la Science 317, mars Vass G., Birlan M. : 2004, Educational efficiency of observing astronomical phenomena : the case of planet Venus, UAI Commission 46 Education et Développement de l’Astronomie Newsletter 61, October 2004 Vienne A., Noyelles B., Lainey V. : 2004, Mutual events in the jovian and saturnian systems meeting held in Paris, France, June 14-18, 2004, Eds. : F. Combes, D. Barret, T. Contini, F. Meynadier and L. Pagani EDP-Sciences, Conference Series 121 122 5. COLLOQUES ET ATELIERS ORGANISÉS PAR L’IMCCE Pendant la période 2000-2004, plusieurs colloques ont été organisés par l’Institut de Mécanique Céleste et de Calculs des Éphémérides ou ses équipes : • Journées scientifiques 2000 de l’IMCCE : De même qu’en 1992, 1994 et 1997, des Journées scientifiques ont été organisées dans nos locaux en juin 2000. Ces journées permettent de diffuser une information scientifique et technique sur les derniers développements des recherches ou des activités et sur les projets du laboratoire. Les comptes rendus ont parus en 2001 dans la Note scientifique et technique de l’Institut de Mécanique Céleste S076. Ils sont disponibles sur le serveur internet de l’IMCCE. • Atelier international CERES 2001 : En octobre 2001, du 9 au 12, nous avons organisé le colloque « Ceres 2001 Workshop on Astrometry and Physics of Minor Planets from Observational Networks » qui a réuni une centaine de participants de diverses nationalités autour du thème des travaux observationnels pour l’exploration des objets astéroïdaux. Comité d’organisation : J.-E. Arlot (président), M.-A. Barucci, C. Blanco, J. Berthier, F. Colas, D. Hestroffer, J. Lecacheux, J. Renaudineau, D. Simon, P. Tanga, W. Thuillot, A. Vienne. • Solar System Working Group GAIA , 15 et 16 mai 2003, comité d’organisation : D. Hestroffer, W. Thuillot, réunion bimensuelle internationale du groupe « système solaire » de la préparation de la mission spatiale GAIA d’astrométrie globale, mené par F. Mignard (OCA) et V. Zappala (Turin). • Journées scientifiques 2003 de l’IMCCE : En mai 2003, des Journées scientifiques ont à nouveau été organisées dans nos locaux avec les mêmes buts que celles des journées 2000. Les comptes rendus vont paraître dans une Note scientifique et technique de l’Institut de Mécanique Céleste. Ils seront disponibles sur le serveur internet de l’IMCCE. • Conférence internationale « Géométrie, systèmes dynamiques et mécanique céleste, journées en l’honneur d’Alain Chenciner », 22-25 octobre 2003, Comité organisateur : Alain Albouy, Daniel Bennequin, Marc Chaperon, Jacques Féjoz, Jacques Laskar et David Sauzin, Comité scientifique : Jacques Laskar, John Mather, Harold Rosenberg, Carles Simó et Jean-Christophe Yoccoz. • Colloque « European Symposium on Occultation Projects » ESOP 2004, 27-29 août 2004, organisé conjointement avec l’International Occultation Timing Association à l’observatoire de Paris par l’IMCCE et le LESIA. Comité d’organisation : J.-E. Arlot (IMCCE), W. Beisker (IOTA), E. Bredner (IOTA), F. Colas (IMCCE), F. Roques (LESIA), B. Sicardy (LESIA), Jacqueline Thouvay (LESIA), William Thuillot (IMCCE), Thomas Widemann (LESIA, président). • Colloque «The Venus Transit experience », 5, 6 et 7 novembre 2004, organisé dans le cadre de l’opération VT-2004 coordonnée par l’ESO et financé par un contrat européen du domaine « Science et Société », colloque de clôture de l’opération se tenant au Ministère de la Recherche, Carré des Sciences, ayant réuni plus de 240 personnes. Comité d’organisation : J.-E. Arlot (président), M. Bonnnaventure-Martinez, P.-G. David, J.-Y. Daniel (IAP), S. Lemaître, S. Macario, J.-M. Malherbe (LESIA), N. Petchnikow, J. Renaudineau, P. Rocher, W. Thuillot. 123 Des chercheurs de l’IMCCE ont par ailleurs contribué à l’organisation d’autres colloques : • Forum des Jeunes Mathématiciennes, 28 et 29 janvier 2000, Institut Henri Poincaré, Paris. Comité d’organisation : Stefanella Boatto, Catherine Bonnet, Marie-Françoise Roy. Cette rencontre fait partie du programme français du projet WMY2000 (World Mathematical Year 2000), soutenue entre autres par l'UNESCO. • Conférence internationale « Géométrie au vingtième siècle, 1930-2000 » I.H.P. 24-29 septembre 2001. Comité organisateur : Dominique Flament, Philippe Nabonnand, Jean-Jacques Szczeciniarz. Comité scientifique : Marc Chaperon, Alain Chenciner, Christian Houzel, Jean Petitot, Bernard Teissier. • Session « Celestial Mechanics » au Colloque International Applications of Computer Algebra, Volos, Greece, 25-28 Juin 2002. Organisateurs : Alain Albouy, Dieter Schmidt. • Colloque international à la mémoire de Michel Herman, 4-8 novembre 2002. Institut Henri Poincaré, Paris. Comité organisateur : Alain Chenciner, Harold Rosenberg, Jean-Christophe Yoccoz. • Colloque « Résurgence, calcul étranger, resommabilité, transséries » au CIRM (Luminy, France), 18-22 novembre 2002. Comité organisateur : Frédéric Fauvet, David Sauzin. Comité scientifique : Anne Duval - Professeur à l’université de Lille. Robert Moussu - Professeur à l’université de Dijon. Jean-Pierre Ramis - Professeur à l’université de Toulouse et membre de l’Institut Universitaire de France. • International conference in the memory of V.I. Alexeev : « Modern theory of dynamical systems and applications to theoretical celestial mechanics » Moscou, Institut Steklov 23-28 décembre 2002. Comité scientifique : D.V. Anosov, A. Chenciner, Y.S. Iliashenko, M. Jakobson, A. Katok, V.V. Kozlov, Y. Kifer, Y. Sinai, V. Tihomirov. • Variational methods in celestial mechanics (a conference of the American Institute of Mathematics), Palo Alto 9-14 juin 2003. Comité organisateur : Alain Chenciner, Richard Montgomery. • Conférence internationale en l’honneur de L. Schwartz, Palaiseau, école Polytechnique 30 juin-5 juillet 2003. Comité organisateur : Michel Broué, Jean-Michel Bismut, Alain Chenciner, François Laudenbach. • Session « Mathematical aspects of celestial mechanics » au colloque international Equadiff2003, Hasselt, Belgique, 22-26 juillet 2003. Organisateurs : Alain Albouy, Richard Moeckel. • Conférence en l’honneur de Jean-Pierre Ramis : Analyse complexe, systèmes dynamiques analytiques, sommabilité des séries divergentes, théories galoisiennes », Toulouse 22-26 septembre 2003. Comité scientifique : Daniel Bertrand, Dominique Cerveau, Alain Chenciner, Bernard Malgrange, Jean-Christophe Yoccoz. • Research of Artificial and Natural NEOs and Other Solar System Bodies with CCD Groundbased Telescopes, Nikolaev Astronomical Observatory, Ukraine, 17-20 mai 2004, Comité scientifique : N. Chernykh, K. Churyumov, E. Hoeg, A. Konovalenko, D. Lupishko, G. Pinigin, L. Shulman, M. Stavinschi, W. Thuillot, Ya. Yatskiv. 124 • Third international conference on nonlinear analysis ; Hamiltonian systems and celestial mechanics, Tianjin, Nankai University 16-20 juin 2004. Comité scientifique : Alain Chenciner, Kung Ching Chang, Yiming Long, Paul Rabinowitz, Zhihong Xia. • 4ème Symposium Européen sur la Protection du Ciel Nocturne – 24-25 septembre 2004 Institut d’Astrophysique de Paris, symposium organisé par l’Association Nationale pour la Protection du Ciel Nocturne (ANPCN), l’International Dark-Sky Association (IDA) et la Société astronomique de France (SAF), comité d’organisation : E. Brochard, F. Colas, A. Bosson. • Gaia ou l’Univers en 3D, Observatoire de Paris-Meudon, 4-7 octobre 2004. Comité local d'organisation : Yves Viala (Chair), Olga Martins, Annick Oger, Françoise Crifo, Alain Doressoundiram, Daniel Hestroffer, Annie Spielfielde. 125 126 6. ACTIVITÉS DE FORMATION ET D’ENSEIGNEMENT Ces activités recouvrent, d’une part les activités de formation par la recherche par l’accueil d’étudiant en thèse ou en stage de DEA et, d’autre part les différents enseignements dispensés à l’observatoire de Paris et dans les différentes universités des personnels enseignants chercheurs de l’IMCCE (A. Chenciner, L. Duriez, J. Féjoz, L. Niederman, D. Sauzin et A. Vienne). À coté des enseignants chercheurs d’autres chercheurs ont effectué des tâches d’enseignements notamment en formation continue et en troisième cycle. 6.1. ENSEIGNEMENTS À L’OBSERVATOIRE DE PARIS 6.1.1. Master de l’observatoire de Paris Certains chercheurs ont contribué aux enseignements du DEA (devenu maintenant Master 2ème année) « Dynamique des systèmes gravitationnels » : - cours de tronc commun « Astrométrie moderne » (J.-E. Arlot) stage d’observations à l’OHP (astrométrie, photométrie, spectroscopie) pour les étudiants du DEA de l’observatoire de Paris (J.-E. Arlot, responsable, F. Colas, W. Thuillot, en collaboration avec D. Katz, GEPI) Analyse numérique (F. Joutel) Dynamique du Système solaire (J. Laskar) Introduction à la théorie des perturbations (Ph. Robutel) La création du LMD a augmenté la demande en enseignants en astronomie, principalement en mécanique céleste, ce qui justifierait le recrutement de maîtres de conférence dans les années à venir. Plusieurs chercheurs de l’IMCCE contribuent à ces enseignements dans le cadre du master de Sciences de l'Univers et Technologies Spatiales de l’observatoire de Paris. Les interventions de l’IMCCE sont les suivantes : Année M1 Modèles dynamiques (A. Fienga, 10h de cours, TD). 1) Perturbations d’orbites : cas des orbites perturbées d’objets ponctuels, les orbites planétaires. Orbite d’un satellite artificiel de la Terre : présentation des forces gravitationnelles et non gravitationnelles. Éléments pour la résolution par intégration numérique. 2) Les observations et confrontation au modèle physique. Introduction aux techniques d'observation des orbites : Radar, Doppler, VLBI, CCD, spectroscopie… Description des fonctions de mesures. Lien au modèle physique – Introduction aux moindres carrés. - Dynamique des corps en rotation (J. Laskar, 15h de cours). Principes fondamentaux de la dynamique, Éléments de cinématique vectorielle. Mouvement képlérien. Potentiel du corps solide. Moyennisation des équations de la dynamique. Problème des repères. Précession. Précession d’un satellite naturel et précession produite par le satellite. Perturbations planétaires. Théorie astronomique des paléoclimats. Effets dissipatifs de marée dans le système Terre-Lune. Aspects de la dynamique de la planète Mars et le problème des paléoclimats martiens. - Calcul différentiel et théories des singularités (J. Féjoz, 20h de cours, TD). Théorème d’inversion locale. Sous-variétés de Rn. Champs de vecteurs. Théorème de transversalité. Lemme de Morse. 127 Théorème de Whitney sur les applications du plan dans lui-même et le problème de la classification des applications. Thermodynamique. Les théorèmes de Grobman-Hartman et de Sternberg et le problème de la classification des champs de vecteurs. - Géométrie et Mécanique (A. Chenciner, 20h de cours, TD). Introduction à la mécanique lagrangienne et hamiltonienne via le principe de moindre action. Invariant intégral de Poincaré-Cartan et Hamilton-Jacobi. Exemples : des flots géodésiques sur des surfaces et le problème (restreint ou non) des trois corps. Symétries et intégrales premières. Introduction aux champs de vecteurs et aux formes différentielles. - Systèmes dynamiques (D. Sauzin, 20h de cours, TD). Systèmes dynamiques discrets : notions de base (orbites périodiques, ensembles alpha- et omega-limites) ; premiers exemples. Systèmes d’équations différentielles et champs de vecteurs : théorème de Cauchy-Lipschitz, flot. Sections de Poincaré et suspension d’un difféormorphisme. Étude locale : théorème de redressement local près d’un point régulier d’un champ de vecteur ; linéarisation d’un système dynamique ; cas hyperbolique et elliptique ; théorème de la variété stable. Systèmes hamiltoniens et applications symplectiques ; initiation à la théorie des perturbations des systèmes complètement intégrables. Année M2 Astronomie Fondamentale (J.-E. Arlot, N. Capitaine, 20h de cours et applications). Les systèmes de référence et de coordonnées en Astronomie Fondamentale. Temps astronomique et temps atomique. Réduction des observations astrométriques de haute précision. La réduction astrométrique des observations optiques. Les images astronomiques. Les récepteurs. L’observation astrométrique sans mesure angulaire. Mécanique hamiltonienne et théorie des perturbations (Ph. Robutel, 20h de cours et applications) : Problème de Kepler. Introduction à la théorie des perturbations. Systèmes Hamiltoniens. Crochets de Poisson. Transformations canoniques. Variables actions angles. Réduction. Séries de Lie. Séries de Lindtedt. Pendule simple et résonances. Dynamique du système solaire : mouvements réguliers, mouvements chaotiques (J. Laskar, 15h de cours) : Problème des deux corps. Résonance spin-orbite. Théorie de la Lune. Développement de la perturbation en polynômes de Legendre. Théorie des planètes. Coefficients de Laplace. Mouvements séculaires. Précession. Mouvement chaotique des obliquités. Évolution à long terme des orbites planétaires. Théorie des paléoclimats. Intégrateurs symplectiques. Analyse en fréquence. Étude des mouvements chaotiques. Étude des collisions. Accrétion planétaire. 6.1.2. Formation des maîtres et formation continue Des chercheurs (J.-E. Arlot, P. Rocher, F. Colas, W. Thuillot, D. Hestroffer) ont participé aux formations d’enseignement dispensées par l’UFE de l’observatoire de Paris, en particulier : - 128 Campus numérique : Les chapitres suivants ont été rédigés dans le cadre du projet « Campus numérique » destiné à rendre accessibles par Internet les cours d’astronomie destiné aux enseignants des lycées et collèges : o Mécanique céleste, Temps et Calendriers : La sphère céleste, La mesure des distances, Les lois de Kepler, La mécanique céleste, La gravitation universelle et la relativité, La mesure du temps, Les calendriers, Les éphémérides, o Soleil Terre Lune : Phénomènes, Les saisons, Les éclipses de Soleil, Visibilité des éclipses de Soleil, Récurrences des éclipses de Soleil, Les éclipses de Lune, o Travaux Pratiques - Cours de formation des maîtres : des cours sont dispensés sur les thèmes ci-dessus lors des journées de formation organisées par l’UFE à l’observatoire de Paris - - 7 février 2003 : Cours formation permanente à Meudon (P. Rocher) 18 février 2003 : Cours au stage astro « Soleil-Terre-Lune » (P. Rocher) 12 mars 2003 : Cours « Mercredis de Meudon » : passage de Vénus devant le Soleil (P. Rocher) 30 juin au 4 juillet 2003 : Participation à l’école d’été de l’observatoire de Meudon (P. Rocher) Conférences en IUFM : à la demande de certains IUFM, des conférences sont données sur les sujets liés aux thèmes ci-dessus - 20 au 22 octobre 2003 : Cours au stage de l’IUFM de Créteil (P. Rocher) 13 novembre 2003 : Conférence sur les passages de Vénus (P. Rocher) 13 novembre 2003 : Conférence sur l’opération VT-2004 à l’IUFM de Versailles (J.-E. Arlot) 16 décembre 2003 : Stage IUFM de Versailles, campus numérique à Meudon (P. Rocher) - École d’été de formation des maîtres par l’observation astronomique (responsable J.-E. Arlot): une école d’été est organisée à l’observatoire de Haute-Provence pour les enseignants du secondaire avec observation astronomique sur des télescopes professionnels pour une initiation aux thèmes de recherche actuels des astronomes - Enseignement méthodologique depuis 2000 : étude d’objets géocroiseurs (W. Thuillot, P. Rocher) 6.2. ENSEIGNEMENTS À LILLE 1 Les enseignements dispensés à l’Université des Sciences et Technologies de Lille sont les Mathématiques, la Mécanique et bien sûr l’Astronomie et l’Astrophysique. Cette discipline est présente en premier cycle comme option d’initiation, et en second cycle au niveau de Licence de Mathématiques, comme module optionnel du diplôme correspondant (Mécanique Céleste). Chaque année, environ 200 étudiants sont concernés par cet enseignement essentiellement en 1er cycle. Dans le cadre de la réforme LMD, le Laboratoire d’Astronomie de Lille a fait des propositions d’enseignements. La plupart d’entre elles ont débutés à la rentrée 2004 : - « L’Univers et sa mesure » 5 ECTS, Licence semestre 1 : Description générale de l’Univers tel qu’on le comprend aujourd’hui : système solaire, galaxies, big bang et expansion de l’Univers, Mesure de la masse des astres, de leurs distances, de leurs dimensions, Mesure du temps. - « Les instruments astronomiques » 5 ECTS, Licence semestre 1, parcours « Sciences de la Terre » : Nous décrivons les différentes techniques et instruments utilisés aux cours des siècles pour observer l’Univers, ainsi que les découvertes qu’ils ont permis de faire : Lunettes, télescopes, radiotélescopes, interféromètres, photographie, CCD, spectrographes), Applications modernes: interférométrie, recherche de planètes extrasolaires, recherche de la masse cachée de l’Univers. - « Introduction à l’Astronomie » 5 ECTS, Licence semestre 3, parcours Mathématiques et Informatiques : Méthodes et histoire rapide de l'astronomie, Le problèmes des deux corps : application au système solaire, Systèmes de coordonnées astronomiques, Temps solaire, temps civil et calendriers. 129 - « Mécanique du système solaire et astrométrie » 6 ECTS, Licence semestre 5, parcours Mathématiques : Selon les années, l’accent sera plus mis sur l’un ou l’autre des deux thèmes suivants : Mécanique du système solaire : méthodes numériques : Mouvements képlériens des planètes et satellites, éléments d’orbites. Satellisations et missions interplanétaires : Intégration numérique, Représentation des mouvements : analyse de Fourier, polynômes mixtes, polynômes de Tchebychev, …Astrométrie : Trigonométrie sphérique et sphère céleste. Aberration, parallaxe et distance des astres. Précession luni-solaire, mutation. Forme de la Terre et repères terrestres, Temps sidéral, temps solaire et temps atomique. - « Mécanique hamiltonienne et astronomie » 6 ECTS, semestre 2 Master Mathématiques : Introduction à la mécanique hamiltonienne : Équations de Hamilton, crochets de Poisson, flot hamiltonien, lois de conservation et symétries, forces centrale et problème de Képler, éléments d’orbites, Perturbations des mouvements képlériens : méthodes analytiques (développements en séries et méthodes asymptotiques). 6.3. AUTRES ENSEIGNEMENTS UNIVERSITAIRES - - Boatto S. : en 1999-2000 vacataire à Evry (Mathématiques). Chenciner A. : service d’enseignement à l’université Paris VII et à l’E.N.S. Cachan. Féjoz J. : Professeur assistant en visite à Northwestern University (Chicago) jusqu’en 2001 ; Maître de Conférences à l’université Paris VI depuis septembre 2001. Albouy A. : cours niveau « mestrado », verao 2001 et verao 2003 UFPE, Recife, Brésil, Formes différentielles. Cours complémentaire de troisième cycle à Paris VII au second semestre 2000-2001, Mécanique Céleste. Venturelli A. : ATER à l’université Paris XI depuis octobre 2000. Niederman L. : assure actuellement son service d’enseignement à Orsay (CAPES et Agrégation de Mathématiques). Membre du jury de l’Agrégation de Mathématiques entre 1998 et 2002. Membre du jury du concours Centrale/Supelec à partir de 2004. Julliard-Tosel E. : ATER à Paris XIII. Levrard B. : Enseigne la physique en PCEM1 à Paris VI durant son monitorat de thèse de 2000 à 2003. Morin G. : Moniteur à Paris IX. Sauzin D. : cours de 10 heures en juin 2002 (méthodes asymptotiques) dans l’école doctorale « Journées d’introduction aux systèmes dynamiques » de l’université polytechnique de Catalogne (Barcelone). Cours niveau doctorat de 12 heures en décembre 2003 (théorème de Nekhoroshev et diffusion d’Arnold pour les hamiltoniens Gevrey), UFPE, Recife (Brésil). Celli M. : enseigne les mathématiques à l’université de Paris XIII depuis 2002. Il a également enseigné les mathématiques en 2002-2003 à l’école Centrale. Birlan M. : 30 heures TP en physique, à l’université de Cergy-Pontoise. 6.4. FORMATION PAR LA RECHERCHE Les activités de recherche de l’IMCCE en font un laboratoire d’accueil très bien adapté pour des étudiants ou de jeunes chercheurs intéressés par le développement d’activités dans un environnement de mécaniciens célestes et d’astronomes. Un dossier d’association de l’IMCCE/UMR 8028 avec l’université Paris 6 a été déposé et accepté en 2004 qui devrait permettre ainsi d’accueillir plus facilement des étudiants provenant de cette université en sus des étudiants jusqu’à présent accueillis en provenance de Paris 7 et Paris 11. Ces activités de recherche mais aussi les activités de service permettent aussi de proposer des stages pour des élèves ingénieurs. En 2002-2003, se sont ainsi déroulés 20 stages d’élèves ingénieurs. 130 6.4.1. Thèses et habilitations soutenues Thèses d’habilitation à diriger des recherches - Vienne A., Différents aspects de la Dynamique des huit principaux Satellites de Saturne, Thèse d’Habilitation à Diriger des Recherches, université de Lille décembre 2001 - Sauzin D., Contribution à la théorie des perturbations des systèmes hamiltoniens et à la théorie de la résurgence, Thèse d’Habilitation à Diriger des Recherches, mars 2004 Thèses de doctorat - Carletti T., Méthodes directes en théorie des petits diviseurs, février 2000 à Florence (resp. S. Marmi/J. Laskar) - Nadolski L., Application de l’analyse en fréquence à l’étude de la dynamique des accélérateurs, 6 juillet 2001 à Orsay (resp. J. Laskar) - Correia A., La rotation des planètes telluriques : origine et évolution à long terme, 16 novembre 2001 (dir. J. Laskar) - Malige F., Stabilité effective d’un système planétaire, 19 novembre 2001 (dir. J. Laskar/Ph. Robutel) - Abdullah K., Propriétés du système séculaire, 17 décembre 2001 à l’observatoire (resp. A. Albouy) - Venturelli A., Application de la minimisation de l’action au problème des N corps dans le plan et dans l’espace, 6 décembre 2002 à Paris VII (resp. A. Chenciner) - Lainey V., Théorie dynamique des satellites Galiléens observatoire de Paris, décembre 2002, (resp. A. Vienne, L. Duriez) - Almeida Santos A., Configuraoes centrais de Dziobek em problemas restritos e bifurcaçoes, février 2003 à l'UFPE, Recife, Brésil (resp. A. Albouy) - Levrard B., Sur certains aspects de la théorie astronomique des paléoclimats terrestres et martiens, 23 juin 2003 (resp. J. Laskar) - Vaubaillon J., Dynamique des météoroïdes dans le système solaire, applications à la prévision des pluies météoritiques en général, et des Léonides en particulier, observatoire de Paris, octobre 2003 (resp. F. Colas, W. Thuillot) 131 - Vachier F., Étude dynamique des satellites proches des planètes et des petites planètes, juillet 2004 (resp. W. Thuillot, J.-E. Arlot) 6.4.2. Thèses en préparation - Celli M., Problèmes de N corps dont la somme des masses est nulle, (resp. A. Chenciner) soutenance prévue fin 2004 ou début 2005 - Robadey A., La genèse du concept de généricité dans les systèmes dynamiques à partir de l’œuvre de Poincaré (resp. K. Chemla et A. Chenciner) soutenance prévue 2005 - Noyelles B., Effets des marées sur la dynamique des satelites de Jupiter et de Saturne (resp. A. Vienne et W. Thuillot) - Morin G., Équilibre relatif et fewnomials, (resp. A. Albouy) soutenance prévue 2006 - Manche H., Intégrations à long terme du Système Solaire, (resp. J. Laskar et A. Fienga) soutenance prévue 2006 - Couetdic J., Dynamique des systèmes planétaires extrasolaires, soutenance prévue 2007 - Bodossian J., Étude et stabilité des systèmes troyens, soutenance prévue 2008 - Mouret S., Masses et orbites de petites planètes avec la mission GAIA, soutenance prévue 2007 (resp. D. Hestroffer et F. Mignard) 6.4.3. Stages de DEA 2000 - 2001 2002 - 132 Kikwaya, Jean-Baptiste, DEA observatoire de Paris, Analyse spectrale de mesures astrométriques d’astéroïdes (resp. W. Thuillot) Celli Martin, DEA université Paris VII, Systèmes de corps à somme des masses nulles, (resp. A. Chenciner) soutenu en juin 2001 Breton Emmanuelle, DEA université Paris VII, La solution périodique de Chen du problème des quatre corps (resp. A. Chenciner) soutenu en septembre 2001 Lafitte Christophe, DEA observatoire de Paris, Dynamique de systèmes planétaires extrasolaires (resp. J. Laskar) Noyelles Benoît, DEA observatoire de Paris, Étude d’éclipses et d’occultations mutuelles de satellites de Saturne (resp. A. Vienne et P. Descamps) 2003 - Kaczmareck Laurent, DEA université Paris VI, Théorème des tores invariants et théorème de Bertrand (J. Féjoz) Manche Hervé, DEA observatoire de Paris, Intégration numérique du Système solaire (resp. J. Laskar et A. Fienga) 6.4.4. Stages d’élèves ingénieurs et maîtrise 2000 2001 - 2002 2003 - Cabanes Mélanie, Étude d’essaims météoritiques (resp. W. Thuillot) Marcade Sébastien, École Centrale Lille, Logiciel d’analyse d’images vidéo (resp. W. Thuillot) Thevenet Amélie, EPF 2000, Visualisation et animation d’objets et de phénomènes du système solaire (resp. P. Descamps) Decoene A., stage 3ème année IUP génie mathématique et informatique université Paris IX Dauphine, Utilisation des vitesses radiales et tangentielles dans la détermination d’orbites d’astéroïdes (resp. D. Hestroffer) Madec Fabrice, Étude astrométrique de clichés CCD de satellites naturels (resp. J.-E. Arlot) Normand Jonathan, École d’ingénieurs Paris 6, Interfaçage d’éphémérides de la Connaissance des temps (resp. J.-L. Simon et W. Thuillot) Franchitti Alexandra, École de mathématiques appliquées et calcul scientifique (ISPG) Propagations des erreurs d’arrondi dans les intégrations d’un système planétaire (resp. Ph. Robutel) Chalain Matis, Stage d'ingénieur, Erreurs numériques dans les FFT (resp. J. laskar) Auzilleau Hélène, Stage de Magistère (Strasbourg) « Problèmes de N corps à extrémités fixées et existence de solutions périodiques non planes » (resp. A. Chenciner) Boudinot Florian, EPF 2002, Réalisation d’une interface pour la mise à jour des éphémérides des satellites lointains de Jupiter, Direction (resp. J.-E. Arlot) Boulogne Corinne, EPF 2002, Astrométrie et photométrie d’objets résolus du système solaire (resp. P. Descamps) Deconnink Frédéric, ISEN Lille 2002, Écriture d’une interface graphique de traitement astrométrique et photométrique d’images CCD (resp. P. Descamps) Delva Pacôme, Magistère de Physique fondamentale université Paris Sud 2002, Configurations d’équilibre et conditions de rupture des corps solides sans cohésion interne. (resp. P. Descamps et D. Hestroffer) Gerbron Sébastien, EPF 2002, Base de données des paramètres physiques des objets du système solaire (resp. J.-L. Simon et W. Thuillot) Loubet Julien, EPF 2002, Astrométrie et photométrie d’objets serrés, (resp. P. Descamps) Mabilais Julien, EPF 2002, logiciel d’astrométrie vidéo, (resp. W. Thuillot) Marmursztejn Frédéric, IUP GMI Avignon, Analyse multi résolution de surfaces 3D (resp. P. Descamps) Simon Blandine, EPF Paris 2002, Réduction des observations des satellites lointains de Jupiter et de Saturne, utilisation de différents catalogues d’étoiles (resp. J.-E. Arlot) Belvaux Jérémie, IUT Reims, Construction de formes astéroïdales quelconques par méthodes de subdivision de surfaces (resp.P. Descamps) Canet Étienne., EPF 2003, Rotation d’un astéroïde autour d’un axe non principal, (resp. P. Descamps) 133 2004 - - 134 Chaix de Lavarene Brice, Formation d’images au foyer d’un télescope, INPG Grenoble 2003 (resp. P. Descamps) de l’Hermite Catherine, EPF Paris 2003, Traitement automatique de paquets d’images CCD (resp. P. Descamps) Chauvet Renaud, EPF Paris 2003, Interface de visualisation 3D de l’orbite d'un système binaire (resp. P. Descamps) Gilbert Robin, Institut de mathématiques appliquées de Clermont-Ferrand 2003, Développement d’outils pour la réduction des observations de phénomènes mutuels (resp. J.-E. Arlot) Guerrier A., Maîtrise de physique mention « Physique et Applications », Université Pierre & Marie Curie Paris VI, Photométrie avec une grille périodique. (resp. D. Hestroffer) Magnant Sonia, EPF Paris, Numérisation de plaques photographiques d’observations des satellites galiléens de Jupiter réalisées dans les années 1990 (resp. J.-E. Arlot) Martinez Patrice, Maîtrise de physique Paris VI, Reconnaissance automatique de champs d’étoiles (resp. P. Descamps) Occuli Vanessa, IUT Saint-Denis, Réalisation d’un outil d’animation d’images astronomiques (resp. P. Descamps) Quintin Sabine, EPF, Développement d’une interface WEB pour le calcul et la visualisation graphique de l’aspect apparent des objets du système solaire (resp. P. Descamps) Lefèvre Marion, Stage de magistère (X) « Étude d’une solution périodique du problème à trois corps dans le cas de trois masses égales. » (resp. A. Chenciner) Metzmeyer Isabelle, Magistère Strasbourg, détection numérique de non-intégrabilité (resp. A. Albouy) Al Moussaoui Shéhérazade, Exposition Vénus au cœur du brasier, (resp. J.-E. Arlot) Alves Mariho Manuela, Imagerie astrométrique, stage de DEUG (resp. M. Birlan) Chavez Romo Ulises Rosendo, EPF Paris 2004, Analyse en fréquences de données inégalement réparties dans le temps (resp. P. Descamps) Kenga Astrid, Matmeca Bordeaux 2004, État de contrainte et forme d’équilibre d'un corps en rotation non principale (resp. P. Descamps) Moussaid Mohammed, IUP Evry 2004, Reconnaissance automatique de champs d’étoiles II (resp. P. Descamps) Perol Cécile, Exposition Vénus au cœur du brasier (resp. J.-E. Arlot) Poirey Gilles, I.P.S.A Le Kremlin-Bicetre 2004, Utilitaire de calculs astronomiques en C++ (resp. P. Descamps) Maryam Nasseri, Astrométrie des astéroïdes de la ceinture principale : 1456 Saldanha, 275 Sapientia, 9 Metis et 510 Mabella, stage de maîtrise (M. Birlan) Oana Stere, Imagerie astrométrique, stage de master 2ème année (M. Birlan) 6.5. DEVENIR DES ÉTUDIANTS DU LABORATOIRE Le tableau ci-dessous donne la situation en 2004 des étudiants en thèse formés à l’IMCCE depuis 1997. nom thèse Battlo Valérie Berthier Jérôme Papaphilippou Yannis Bange Jean-François Champenois Sylvain Fienga Agnès Julliard-Tosel Emmanuelle Féjoz Jacques Carletti Timoteo Nadolski Laurent Abdullah Khaled Malige Franck Correia Alexandre Lainey Valéry Venturelli Andrea Levrard Benjamin Vaubaillon Jérémie Vachier Frédéric 1997 1997 1997 1998 1998 1999 1999 1999 2000 2001 2001 2001 2001 2002 2002 2003 2003 2004 situation en 2004 Professeur en IUFM Ingénieur de recherche CNRS Physicien de l’accélérateur (ESRF, Grenoble) Professeur en classes préparatoires Ingénieur informaticien Astronome adjointe Professeur de classes préparatoires Maître de conférence en mathématiques (Paris VI/IMCCE) Assistant (École Normale de Pise, Italie) Physicien des accélérateurs (SOLEIL) Professeur à l’université d’Albaath, Homs, Syrie Professeur de Lycée Maître de conférence, université de Aveiro, Portugal Postdoctorant à l’observatoire Royal de Bruxelles Maître de conférence, université d’Avignon Postdoctorant, agrégé préparateur, ENS Lyon Postdoctorant à NASA-Ames CDD 135 136 7. SÉMINAIRES, CONFÉRENCES ET ACTIONS VERS LE PUBLIC 7.1. SÉMINAIRES TEMPS ET ESPACE (SYRTE/IMCCE) Plusieurs séries de séminaires ont été organisées conjointement avec le département SyRTE de l’observatoire de Paris. Les responsables de ces séminaires sont A. Bec-Borsenberger (IMCCE) et J. Souchay (SyRTE). Ces séminaires portant le nom de séminaires Espace-Temps ont permis d’entendre les conférenciers suivants : 2001 2002 - 2003 - 8 novembre, Rudolf Dvorak, (Groupe d’Astrodynamique, Institut d’Astronomie, université de Vienne), La dynamique des astéroïdes Troyens 11 décembre, Roberto Vieira Martins (Observatorio Nacional - Rio de Janeiro, IMCCE), Étude des astéroïdes au voisinage de la résonance 3 :1 15 janvier, Franck Marchis (University of California at Berkeley, USA), Détection et surveillance des points chauds de Io par optique adaptative 5 février, Florent Deleflie (CERGA, OCA), Principes des études de dynamique orbitale à long terme 4 mars, Bartolomé Coll (SyRTE), Utiliser Galileo comme repère de positionnement primaire et relativiste pour la Terre 29 avril, Jean Mouette et Serge Koutchmy (IAP), L’éclipse de 2001 en Angola 14 mai, Félicitas Arias (BIPM), Les échelles internationales de temps 21 mai, Sébastien Bouquillon (SyRTE), Extension des lois de Cassini 27 mai, Paolo Tanga (Laboratoire Cassini, observatoire de la Côte d'Azur, Le télescope spatial Hubble et les astéroïdes : observations interférométriques 10 juin, Nicolas Rouveyrollis (SyRTE), SSA (Singular Spectrum Analysis) et réseaux de neurones : deux méthodes pour l’analyse des paramètres d’orientation de la Terre 14 juin, Valéry Lainey (IMCCE), Élaboration d’une nouvelle théorie des satellites galiléens de Jupiter 20 juin, Mayeul Arminjon, Laboratoire « Sols, Solides, Structures » (UMR 5521 CNRS/Univ. Grenoble 1 / Inst. Nat. Polytech. Grenoble), Une théorie scalaire de la gravitation, son statut observationnel actuel et son intérêt comme théorie-test en mécanique céleste relativiste 25 juin, Philippe MASSON (Laboratoire de Géologie Dynamique de la Terre et des Planètes, université Paris-Sud), La cratérisation des surfaces planétaires 18 octobre, Patrick Michel (UMR 6529 Cassini/CNRS, observatoire de la Cote d'Azur), Collisions entre astéroïdes 12 novembre, Jérémie Vaubaillon (IMCCE), Léonides 2002 : la dernière pluie de météoroïdes 20 janvier, Benjamin Levrard (IMCCE), Le climat a-t-il changé l’obliquité terrestre ? 17 février, Bruno Sicardy (LESIA), Les occultations stellaires ou comment Pluton s’échauffe 137 2004 - 24 février, Gabriel Tobie (Laboratoire de Planétologie et Géodynamique de Nantes), La dissipation de marée dans les intérieurs planétaires 10 mars, Victor Brumberg (Institut d’Astronomie Appliquée, St-Pétersbourg), Les transformations entre ICRS et ITRS 28 avril, Patrick Rocher (IMCCE), Les passages de Vénus devant le Soleil 2 juin, Cipriana Mandache (SyRTE), Standards de fréquence atomique et mesure du temps 24 juin, Alexandro Humberto Andrei, (GEA-Observatorio do Valongo/UFRJ-Observatorio Nacional/MCT et IMCCE) Optical astrometry of ICRF sources 27 janvier, Richard P. Binzel (Massachusetts Institute of Technology, USA), Propriétés physiques des astéroïdes 28 janvier, Marc Fouchard (OCA, chercheur associé SyRTE), Contribution à l’étude de la dynamique des comètes 5 mars, Sophie Pireaux (UMR5562, observatoire Midi-Pyrénées), Moment quadripolaire versus contribution gravitationnelle purement relativiste au mouvement orbital des planètes 15 mars, Mirel Birlan (IMCCE), Le projet CODAM 1 avril, Sylvio Ferraz Mello (IAG-Universidade de Sao-Paulo), Sur la dynamique des systèmes planétaires 5 avril, Zuheir Altamimi (Institut Géographique National), Le repère international de référence terrestre ITRF : résultats récents et perspectives futures 30 Avril, Mirel Birlan (IMCCE), L’importance éducationnelle des observations liées à la planète Vénus 7.2. SÉMINAIRES DE L’ÉQUIPE ASTRONOMIE ET SYSTÈME DYNAMIQUE 2000 - 20 janvier : L. Niederman (université Paris XI et ASD), Stabilité exponentielle pour les perturbations d’intégrables « raides » - 9 mars : J. Laskar (ASD), Intégrateurs symplectiques d’ordre élevé pour les perturbations d’hamiltoniens intégrables - 23 mars : R. Cushman (université d’Utrecht), Monodromy in dynamical systems - 20 avril: C. Chandre (CEA, Physique Théorique), Groupe de renormalisation pour la transition au Chaos hamiltonien - 27 avril : N. N. Nekhoroshev (universités de Moscou et de Milan), Strong stability in nonlinear equation near the fundamental linear mode - 11 mai : E. Julliard-Tosel (ASD), Un nouveau critère de non-intégrabilité méromorphe d'un Hamiltonien - 18 mai : T. Carletti (ASD), Lois d’échelle pour la fonction critique de l’application standard - 25 mai : S. Terracini (Politecnico di Milano), On the variational approach to periodic orbits of the N-body problem - 15 juin : H. Cabral (université de Recife), Stability of fixed points of conservative systems - 15 juin : D. Boucher (université de Limoges), Sur la non-intégrabilité du problème plan des trois corps 138 2001 - 22 juin : L. Niederman (université Paris XI et ASD), Stabilité exponentielle des perturbations d’hamiltoniens « raides » 29 juin : A. Neishtadt (Space Research Institute, Moscou) On destruction of adiabatic invariance in two-frequency systems 14 septembre : M. Levi (Penn State University), High frequency vibrations, normal forms and nonholonomic constraints 19 octobre : R. Moeckel (University of Minnesotta), Generic finiteness for Dziobek configurations 26 octobre : J.-Ch. Faugere (université Paris VI), Classification des configurations centrales planes pour 4, 5, 6 et 7 corps ayant la même masse sous l’action du potentiel logarithmique 12 décembre : R. Perez-Marco (University of California, Los Angeles), Convergence ou divergence générique de la forme normale de Birkhoff 21 décembre : J.-P. Marco (université Paris VI), Instabilité hamiltonienne : Exemples de Michael Herman 25 janvier : R. Schafke (université de Strasbourg), Divergence et sommabilité d’une forme normale nilpotente dans C2 15 février : L. Benet (Max Planck, Heidelberg) Rotating systems as models for the occurrence of narrow rings 22 février : R. Montgomery (University of California, Santa Cruz), Utilisations de la métrique de Jacobi 1er mars : L. Nottale (observatoire de Meudon), La relativité d’échelle et les espaces-temps fractals 7 mars : J. Barbour (Oxford), The three-body problem as model for classical and quantum cosmology 7 juin : A. Albouy (ASD), Le problème de Kepler et la dynamique projective 14 juin : P. Iglesias (université de Provence), Lagrange, la méthode de la variation des constantes et les origines du calcul symplectique 21 juin : C. Moore (University of Santa Fe), Quantum walks on the hypercube 6 septembre : J. Barbour, Relativity without relativity octobre : J. Touma (U. américaine de Beyrouth), Nonlinear core-mantle coupling 11 octobre : E. Leandro (ASD), Finiteness, bifurcations and stability of some symmetrical classes of central configurations 11 octobre : D. Offin (Queens University, Canada), Stability and the variational method for periodic solutions 25 octobre : S. Boatto (ASD), Dynamique de tourbillons ponctuels dans le plan et sur la sphère : orbites du type « hip-hop » et stabilité des équilibres relatifs 22 novembre : A. Albouy (ASD), La non-intégrabilité à la Bruns-Poincaré-Painlevé et les symétries des tenseurs 29 novembre : T. Carletti (ASD/ Un. de Florence), Étude locale d’équations différentielles et aux différences finies non analytiques dans Cn, nouvelles conditions de Bruno 6 décembre : J. Barbour, A New Approach to Gauge Theory Illustrated by Particle Mechanics 20 décembre : D. Bang (Univ. Paris 6), Moyennes sur des polygones réguliers et équilibres relatifs 139 2002 - - 2003 - 140 31 janvier : F. Gabern (Univ. de Barcelone), Some models for the Trojan motion 21 février : M. Celli (ASD), Mouvements homothétiques non-galiléens 28 février : S. Boatto (ASD), Dynamique tourbillonnaire dans le plan et sur la sphère II : les orbites hip-hop 7 mars : A. Robadey (ENS), Histoire des géodésiques fermées sur un sphéro de : première démonstration de Poincaré (1905) et perspectives 14 mars : T. Stuchi (UFRJ, Brésil), Numerical experiments showing unexpected quasi integrability in some differential systems 28 mars : S. Renner (LESIA), Dynamique des satellites co-orbitaux : stabilité des configurations d’équilibre 4 avril : C. Simo (Univ. de Barcelone), New families of orbits in the three-body problem 11 avril : J.-A. Weil (INRIA et Univ. Limoges), L’applicabilité de la méthode de Morales-Ramis pour tester la non-intégrabilité de systèmes hamiltoniens (travail commun avec D. Boucher) 15 mai : A. Albouy (ASD), Self-similar motions : the N-body problem and the N vortex problem 16 mai : R. Shafke (IRMA, Strasbourg), Équations aux différences à petits pas et suspension analytique 23 mai : H. Cabral (UFPE, Recife), On the stability of polygonal relative equilibria in the n-body problem 6 juin : L. Niederman (ASD), Exposants de Lojasiewicz et stabilité Hamiltonienne 13 juin : T. Tokieda (Montréal), Dilemme du golfeur - un problème de mécanique non holonome 20 juin : N. Nekhoroshev (Moscow State University), Integrability on a submanifold provided by Poincaré continuation 27 juin : A. Venturelli (ASD & Milan), Une famille de solutions spatiales Z/4Z-symétriques pour quatre masses égales 19 septembre : E. Grekova (Laboratoire de Modélisation en Mécanique (LMM) Paris VI et Institute for Problems in Mechanical Engineering of Russian Academy of Sciences, St.Petersburg), Moment interactions of rigid bodies 3 octobre : Y. Long (Nankai University, Tianjin), Exactly counting a family of central configurations in celestial mechanics 10 octobre : T. Tokieda (université de Montréal), Persistence et bifurcation en mécanique hamiltonienne équivariante 12 décembre : I. Baldoma (IMCCE et Univ. Barcelona), Exponentially small splitting of invariant manifolds of parabolic fields points 30 janvier : S. Charnoz, Mécanismes collisionnels dans le jeune système solaire: dynamique et évolution physique des petits corps 13 février : H. Pälike, Constraining astronomical parameters from deep-sea geological data 20 février : T. Tokieda (université de Montréal), Roulement et glissement des corps rigides déformables et mi-rigides et mi-déformables 6 mars : R. Montgomery (University of California, Santa Cruz), La structure conforme de la « shape sphere » - 2004 - 13 mars : D. Ferrario (Politecnico di Milano), On the Existence of Collisionless Equivariant Minimizers for the Classical n-body Problem 20 mars : R. Montgomery (University of California, Santa Cruz), Scattering in the three-body problem : some questions 24 avril : L. Blanchet (IAP), Dynamique postnewtonienne des systèmes binaires : I. Équations du mouvement 15 mai : D. Bennequin (université Paris VII), Spineurs pour les ignorants 22 mai : F. Laurent-Polz (INLN, Nice), Orbites périodiques relatives dans le système de N vortex ponctuels sur la sphère 5 juin : L. Blanchet (IAP), Dynamique postnewtonienne des systèmes binaires : II. Ondes gravitationnelles 19 juin : P. Martin (université Polytechnique de Catalogne), Arnold diffusion in perturbations of analytic integrable hamiltonian systems 10 juillet : R. Moeckel (université du Minnesota), Proof of Saari's conjecture for the planar three body problem using Bernstein-KushnirenkoKhovanskii Theory 11 septembre : A. Neishtadt (Moscow Space Research Institute), Captures into resonances and scattering on resonances 25 septembre : B. Cordani (université de Milan), Le problème de Kepler du point de vue de la théorie des groupes et la quantification géométrique de l’atome d’hydrogène 30 octobre : T. Carletti (École normale supérieure de Pise), La conjecture de Marmi-Moussa-Yoccoz : un étude numérique 30 octobre : T. M. Seara (université Polytechnique de Catalogne), Asymptotic Size of Herman Rings of the Complex Standard Family by Quantitative Quasiconformal Surgery 5 novembre : A. Borisov (université d’Izhevsk, Russie), The hierarchy of integrability in non holonomic mechanics 13 novembre : L. Niederman (ASD), Stabilité exponentielle générique dans les systèmes hamiltoniens presque-intégrables 20 novembre : Ch. Skokos (université de Patras, Grèce), Detecting order and chaos by the Smaller ALignement Index (SALI) method 11 décembre : M. Audin (université de Strasbourg), L’attitude du satellite 8 janvier : J. E. Howard (université du Colorado), Asteroidal satellites 15 janvier : M. Vittot (CPT, Marseille), Théorie de Perturbation et Contrôle en Mécanique Classique ou Quantique par une Formule d’Inversion 22 janvier : A. Maciejewski (université de Zielona Gora, Pologne), Non-integrability of the Euler-Poisson equations 29 janvier : A. Venturelli (Avignon), Minima de l’action lagrangienne sous la contrainte de chorégraphie, un résultat de V. Barutello et S. Terracini 19 février : B. Levrard (ASD), Forçage astronomique des paléoclimats martiens 25 mars : D. Sauzin (ASD), Sur une question d’ergodicité 8 avril : A. Albouy (ASD), Nouvelles « symétries cachées » du problème de Kepler et théorème de Lambert 141 - 29 avril : B. Levrard (ASD), Forçage orbital des paléoclimats martiens - 6 mai : Ch. Le Poncin-Lafitte (SYRTE) Développements post-Minkowskiens de la fonction d’univers et astrométrie relativiste - 13 mai : Ch. Alard (IAP) Une solution nuageuse du système Vlasov-Poisson - 27 mai : L. Charles (Paris VI) Conditions de Bohr-Sommerfeld, des opérateurs pseudo-différentiels aux opérateurs de Toeplitz - 21 octobre : A. Chenciner (Paris 7 et ASD), Introduction à la théorie KAM faible; 1er exposé - 4 novembre : A. Chenciner (Paris 7 et ASD), Introduction à la théorie KAM faible ; 2ème exposé - 18 novembre : E. Leandro (Recife), Configurations centrales planes du problème restreint des quatre corps - 2 décembre : A. Chenciner (Paris 7 et ASD), Introduction à la théorie KAM faible - 9 décembre : V. Barutello (Milano, Bicocca), Une solution minimax pour le problème des trois corps 7.3. GROUPE DE TRAVAIL « FORMATION DU SYSTÈME SOLAIRE » Le but de ce groupe de travail coordonné par J. Laskar (ASD) est de permettre aux équipes de la région parisienne impliquées dans ce thème de se rassembler et de mieux se connaître. - jeudi 23 novembre 2000, Caroline Terquem (IAP), Migration des planètes. jeudi 21 décembre 2000, Caroline Terquem (IAP), Migration des planètes (suite). jeudi 25 janvier 2001, Jacques Laskar (IMCCE), Répartition finale des planètes dans un modèle simple d’accrétion. jeudi 15 février 2001 : Simulations numériques Sébastien Charnoz : Méthodes numériques pour l’étude du disque de planetésimaux Frédéric Masset : étude numérique des interactions disque-protoplanètes à l’aide de codes eulériens à grille polaire fixe. 7.4. COLLOQUIUM « ASTRONOMIE ET DYNAMIQUE DES SYSTÈMES GRAVITATIONNELS » Durant l’année 2004, une série de séminaires à l’USTL intitulée Colloquium LAL-IMCCE 2004, Astronomie & Dynamique des Systèmes Gravitationnels a été organisée à l’université des Sciences et Technologies de Lille. Cette série a été constituée des conférences suivantes : - 142 16 janvier : Jacques Henrard, FUNDP Namur (Belgique), « Les jeux étranges des objets coorbitaux ». 27 février : Nicole Capitaine, SYRTE - observatoire de Paris, « La rotation de la Terre: modèles et observations modernes » 2 avril : Sylvio Ferraz-Mello, université de Sao Paulo (Brésil), « Évolution de planètes sous résonance ». - 16 avril : Bruno Sicardy, université de Paris VI, « Dynamique dans les anneaux et les petits satellites de Saturne » 7 mai : Philippe Robutel, ASD-IMCCE, « Dynamique des Troyens de Jupiter ». 11 juin : Alessandro Morbidelli, observatoire de Nice, « La ceinture de Kuiper et son évolution primitive » 7.5. CONFÉRENCES ET SÉMINAIRES DONNÉS A L’EXTÉRIEUR 2000 - Conférence au Séminaire de Systèmes dynamiques de Paris VII, janvier (A. Chenciner) - Séminaire à l’université de Nice, janvier (A. Chenciner) - Séminaire de physique, DESY Hamburg, 20 janvier (J. Laskar) - Séminaire à l’Ecole Normale Supérieure (Paris), mars (A. Chenciner) - Ergodic Theory and Statistical Mechanics Seminar, Princeton University, mars (J. Féjoz) - Séminaire Françoise-Marle, IHP, Paris, mars (A. Albouy) - Journées équations différentielles et calcul formel, université de Lille, mars (D. Sauzin) - Dynamical Systems Seminar, Northwestern University, avril (J. Féjoz) - Non-Linear Dynamics Seminar, Northwestern University, avril (J. Féjoz) - Séminaire à l’université de Toulouse, mai (D. Sauzin) - Séminaire Géométrie et mécanique de l’université Paris VI, mai (L. Niederman) - Colloquium de Physique, Heidelberg, mai (J. Laskar) - Séminaire à l’université Paris XIII, mai (A. Chenciner) - Séminaire à Londres (Board Nonlinearity), mai (A. Chenciner) - Séminaire ENS Physique, 31 mai (J. Laskar) - Séminaire à l’université de Genève, juin (A. Chenciner) - Séminaire à l’Ecole Polytechnique, juin (A. Chenciner) - Séminaire à l’école du C.I.M.E., Cetraro (Italie), juin (A. Venturelli) - Séminaire observatoire de Meudon, juin (J. Laskar) - Séminaire à l’université de Recife (Brésil), juillet (A. Chenciner) - Séminaire à l’école d'été MASSES 1, Peyresq (A. Venturelli) - Colloquium, dép. Math. de Recife, août (A. Albouy) - Séminaire à l’université de Strasbourg, octobre (D. Sauzin) - Séminaire Géométrie et mécanique de l’université Paris VI, mai (L. Niederman) - Colloquium math. appli. Ecole Polytechnique, novembre (J. Laskar) - Séminaire de systèmes dynamiques, université de Barcelone, décembre (D. Sauzin) - Mutch Lecture, Brown University, Dept of Geological Sciences, 7 décembre (J. Laskar) 2001 - Séminaire, dép. Math. de Recife, janvier (A. Albouy) - Colloquium Commun CMAT-CMAP, École Polytechnique, 9 janvier (J. Laskar) - Séminaire Mathématique et Philosophie, ENS, 15 janvier (J. Laskar) - Séminaire de géométrie et mécanique, Institut Henri Poincaré, janvier (D. Sauzin) - Conférence au Séminaire de Dynamique de Paris XI, janvier (A. Venturelli) - Séminaire à l’université de La Rochelle, mars (D. Sauzin) - Séminaire à Marseille, 16 mai (A. Chenciner) - Séminaire au Politecnico di Milano, mai (A. Venturelli) - Workshop J. Barbour, Freiburg, mai, deux exposés (A. Albouy) - Séminaire à l’université de Nantes, mai (D. Sauzin) - Séminaire d’analyse de l’école Normale Supérieure de Pise, mai (D. Sauzin) 143 - Bernoulli lecture, université de Groningen 22 mai (J. Laskar) Conférence au séminaire de Géométrie et Mécanique de Paris VI, juin (A. Venturelli) Journée, de la Terre à la Lune, Bureau des longitudes, 12 juin (J. Laskar) École méthodes de Fourier et systèmes Hamiltoniens, Porquerolles, 9-15 septembre (J. Laskar) École exobiologie, La Colle-sur-Loup, 24-29 septembre (J. Laskar) Séminaire à l’université de Barcelone, Perverse solutions of the n-body problem, septembre (A. Chenciner) Séminaire de l’université de Lille, octobre 2001 (D. Sauzin) Séminaire à l’université de Tours, Solutions périodiques du problème des n corps qui minimisent l'action, 8 novembre (A. Chenciner) Séminaire de Systèmes dynamiques, université Paris 7, 20 novembre (J. Féjoz) Séminaire de Géométrie et Mécanique, Institut de Mathématiques de Jussieu, 30 novembre (J. Féjoz) Séminaire à l’ALS, Berkeley, USA, 19 décembre (J. Laskar) 2002 Séminaire Systèmes dynamiques classiques et quantiques au Centre de Physique Théorique de Marseille-Luminy, janvier (D. Sauzin) Séminaire équations fonctionnelles de l’IRMA - université Louis Pasteur de Strasbourg, janvier (D. Sauzin) Séminaire de topologie, Institut Fourier, Grenoble, 25 janvier (J. Féjoz) Séminaire Eliasson & Yoccoz, Institut de Math., février (A. Albouy) Séminaire au Laboratoire de Science de la Terre, ENS Lyon, 11 mars (J. Laskar) Séminaire Histoire de géométries, Maison des sciences de l’homme, 11 mars (Quelques aspects du problème des n corps) (A. Chenciner) Séminaire de Géométrie et Mécanique, Institut de Mathématiques de Jussieu, 22 mars (J. Féjoz) Séminaire de Systèmes Dynamiques de l’université d’Avignon, avril (L. Niederman) Séminaire de Systèmes dynamiques de Paris VII, Une belle idée de Christian Marchal et ce qui s'en suit, 2 avril (A. Chenciner) Laboratoire de Mécanique, De nouvelles classes de solutions périodiques du problème des n corps, 24 mai (A. Chenciner) École normale de Cachan, Colloquium du CMLA, (Symétries et solutions périodiques du problème des n corps, 31 mai (A. Chenciner) Semaine sur les équations aux q-différences, mai (D. Sauzin) université de Barcelone, The absence of collisions for a minimizer of the fixed-ends n-body problem : idea of the proof and some consequences, 17 juillet (A. Chenciner) Journées IUF de Nice, Stables jongleries, instables Hip-Hops ou les surprises du problème des n corps, 5 et 6 septembre (A. Chenciner) Journée de Physique, Chevalleret, Minimisation de l’action et solutions du problème des n corps, 25 octobre (A. Chenciner) Séminaire de Dynamique, Orsay, octobre (L. Niederman) Colloquium de l’IMB, université de Bordeaux I, octobre (A. Albouy) Séminaire de physique mathématique de l’Institut Fourier, Grenoble, octobre (D. Sauzin) Dynamique des satellites de Saturne, séminaire du Bureau des Longitudes, octobre (A. Vienne) Goedel Lecture, Académie des Sciences Autrichienne, Hazard and Chaos in the Solar System, 27 novembre (J. Laskar) Séminaire a l’Institut Schrödinger de Mathématiques, Vienne, 28 novembre (J. Laskar) Séminaire C.-M. Marle, M. Irigoyen, J.-P. Marco, G. Pichon, décembre (A. Albouy) Séminaire de Systèmes dynamiques, Institut de Mathématiques de Jussieu, 17 décembre (J. Féjoz) Séminaire commun de Systèmes Dynamiques de l’université de Barcelone et de l’université Polytechnique de Catalogne, décembre (L. Niederman) Séminaire à l’université de Santa Cruz, 13 décembre (J. Laskar) 144 2003 - Séminaire du centre de recherche Ennio de Giorgi de l’école Normale Supérieure de Pise (Italie), janvier (D. Sauzin) - Conférence sur les calendriers au CNES, janvier (P. Rocher) - Séminaire de Systèmes Dynamiques de l’université Paris VII, Janvier, (L. Niederman) - Séminaire de Géométrie et Mécanique, Institut Henri Poincaré, 17 janvier (J. Féjoz) - Conférence sur les calendriers au CNES, février (P. Rocher) - Dynamical Systems Seminar, Imperial College, Londres, 17 février (J. Féjoz) - Séminaire de mécanique céleste, Recife, février et mars, 6 exposés, (A. Albouy) - Grand séminaires de l’OMP, Toulouse, 19 mars (J. Laskar) - Séminaire à l’Institut des Sciences de la Terre, université Montpellier II, mars (B. Levrard) - Séminaire de systèmes dynamiques de l’université de Barcelone (Espagne), mars (D. Sauzin) - Semin'ario de fisica, complexo interdisciplinar da universidade de Lisboa, avril (A. Albouy) - Séminaire de Systèmes Dynamiques de l’université de Milan, mai, (L. Niederman) - Participation au 4è Salon des Jeux et de la Culture Mathématiques, mai (P. Rocher) - Séminaire à l’E.N.S. Lyon, (A. Chenciner) - Séminaire « Histoire de Géométries », D. Flament, Paris, mai, (A. Albouy) - Séminaire équations fonctionnelles de l’IRMA, Univ. Louis Pasteur, Strasbourg, mai (D. Sauzin) - Séminaire de Systèmes dynamiques de l’université de Padoue, mai (L. Niederman) - Séminaire au Département de Géomagnétisme de l’Institut de Physique du Globe, juin (B. Levrard) - Séminaire au Laboratoire des Sciences de la Terre, université Paris-Sud, juin (B. Levrard) - Séminaire de systèmes dynamiques, université de Barcelone, 25 juin (Ph. Robutel) - Séminaire de l’équipe Dynamical systems de l'université de Warwick (Angleterre), juin (D. Sauzin) - Séminaire université de Tronheim, Norvège, septembre, (A. Albouy) - ENS Ulm, séminaire du département de physique, 2 octobre (J. Laskar) - Biséminaire Mathématique-Physique, 14 octobre (A. Chenciner) - Conférence sur les calendriers à St Jean d’Angély pour l’Association des Professeurs de Mathématiques de l’Enseignement Public, octobre (P. Rocher) - Journées Experimental Frequency Map Analysis 6-7 novembre (J. Laskar) - Journées Maths et Cerveau, Chevalleret 21 novembre (A. Chenciner) - Colloquium de l’Institut Fourier, Grenoble 27 novembre (A. Chenciner) - Séminaire à l’ENS Lyon, 3 décembre (A. Chenciner) - Séminaire commun de Systèmes Dynamiques de l’université de Barcelone et de l’université Polytechnique de Catalogne, novembre, (L. Niederman) - Séminaire de Dynamique d’Orsay, décembre, (L. Niederman) - Séminaire d’Analyse algébrique, Institut de mathématiques de Jussieu, 8 décembre (J. Féjoz) - Participation à la projection-rencontre collégiens, Histoire de la mesure du temps, Cité des sciences et de l’industrie, décembre (P. Rocher) - LPT, Marseille, séminaire du département de physique, 2 décembre (J. Laskar) 2004 - Séminaire au Laboratoire des Sciences de la Terre de l’ENS Lyon, janvier (B. Levrard) - Séminaire de géométrie symplectique, topologie symplectique et mécanique de l’université Paris VI, janvier (D. Sauzin) - Séminaire Géométrie et Mécanique de l’université Paris VI, février (L. Niederman) - ENS Cachan, séminaire du département de physique, 4 mars (J. Laskar) - Séminaire du campus parisien, « Quelques résultats récents sur l’évolution à long terme de la rotation des planètes telluriques », observatoire de Paris, 12 mars (J. Laskar) - Séminaire sur La mission Rosetta, pierre angulaire en planétologie, université de Bucarest, 3 avril 2004 (M. Birlan) - Conférence au séminaire du Laboratoire Jacques-Louis Lions « Symétries et solutions simples du problème newtonien des n corps », 30 avril (A. Chenciner) 145 - Séminaire de systèmes dynamiques de l’université de Barcelone « Skew-products over the Bernoulli shift with an infinite ergodic measure », avril (D. Sauzin) Conférence : Vénus et le soleil en prévision du passage de Vénus devant le soleil le 8 juin 2004, Bucarest, 10 mai 2004 (M. Birlan) Journée de Mathématiques de l’Académie d'Orléans-Tours, De l’espace des triangles au problème des trois corps, 19 mai (A. Chenciner) Conférence dans le cycle Fisymat de l’université de Grenade, Granada, mai 2004 (A. Chenciner) Séminaire de théorie ergodique des universités Paris VI et Paris VII « Ergodicité de certains produits gauches en mesure infinie », mai (D. Sauzin) Journées scientifiques du Bureau des longitudes, Le passage de Vénus devant le Soleil, « La rotation rétrograde de Vénus », 16 juin (J. Laskar) Cours sur le Calcul des variations et la théorie KAM faible à l’université de Barcelone, juin (A. Chenciner) Conférence dans le colloque « 3corps, classique, quantique, discret-continu » organisé à l’ENS par Guiseppe Longo et Thierry Paul « Les surprises de la solution équilatérale de Lagrange », 28-29 septembre (A. Chenciner) Conférence lors des journées d’étude sur le rôle de l’analyse complexe organisées par F. Norguet et S. Ofman, IHP « De l’espace des triangles au problème des trois corps », 28 septembre-1er octobre (A. Chenciner) Journées Dautreppe, Grenoble, 19-22 octobre (J. Laskar) 7.6. INTERVIEWS DANS LES MÉDIAS Des chercheurs de l’établissement ont participé à des actions vers le public, été interviewés par des journalistes de la radio ou de la télévision, sur différents sujets liés à l’actualité astronomique, à l’activité de l’établissement ou à leurs propres recherche : 2000 - Émission sur le Chaos pour la 5 (J. Laskar) - Conférence : Université de tous les savoirs décembre (J. Laskar) - Émission radio FC (J. Laskar) - M6 : Normal, paranormal : l’influence de la Lune (J.-E. Arlot) - M6 : E=M6, la ligne de changement de dates (J.-E. Arlot) 2003 - Interview Europe 1 sur le calendrier chinois, 30 janvier (P. Rocher) - Journal de 20h, les astéroïdes géocroiseurs (J.-E. Arlot) - E=M6 sur les satellites de Jupiter, février (Valéry Lainey) - Émission sur Radio-Canada, février (J. Laskar) - Vu d’ici sur France3, « Au plus près des étoiles », histoire de l’observatoire de Lille, 22 mars (I. Stellmacher et A.Vienne) - Enregistrement Émission France-Culture sur le chaos, 30 avril (J. Laskar) - Brèves du 19-20 sur France3 sur les Léonides, 7 novembre (B. Noyelles) 2004 - Enregistrement d’une émission pour France 5 sur la Lune, 19 janvier (J. Laskar) - Brèves du 19-20 sur France 3, Passage d’un bolide dans l’atmosphère terrestre, 25 mai (A. Vienne) - Interview à l’observatoire de Lille dans « les 6 minutes » de M6, passage de Vénus, 7 juin (Luc Duriez) - Plusieurs passages et reportages dans le 12-14 et le 19-20 de France 3, interview et reportage sur le site d’observation du passage de Vénus, 8 juin (Alain Vienne) 146 7.7. ACTIONS VERS LE PUBLIC 7.7.1. Préparation du projet VT-2004 Passage de Vénus devant le Soleil : projet VT-2004 (J.-E. Arlot, P. Rocher, W. Thuillot, J. Normand, J. Renaudineau en collaboration avec de nombreux collègues de l’IMCCE et de l’observatoire de Paris) Le 8 juin 2004, la planète Vénus est passée devant le Soleil. Ce phénomène rare (le dernier passage avait eu lieu en 1882) n’a toutefois pas mobilisé les astronomes pour une observation à but scientifique. Cela a été cependant une occasion unique pour mettre en oeuvre des actions importantes de diffusion de la culture scientifique auprès du public et des scolaires. Après avoir été contacté par Richard West de l’ESO, nous avons participé à une demande conjointe de contrat européen pour lancer une vaste opération pédagogique liée à ce passage et proposer aux scolaires, aux amateurs et au public d’observer le passage de juin 2004 puis d’envoyer leurs mesures à un site central pour calculer l’unité astronomique à partir de toutes ces mesures en temps réel. Cette demande a été soumise par l’ESO (coordinateur), en partenariat avec l’European Association for Astronomy Education (EAAE), l’Institut astronomique de l’Académie des Sciences de la république Tchèque (ASU), l’IMCCE et le LESIA de l’observatoire de Paris. Cette demande de contrat européen du cadre de la rubrique « Science et Société » du 6ème PCRD a été acceptée et la commission européenne a accordé 480 000 € pour l’ensemble du projet. Un comité de pilotage (steering committee décrit ci-dessous) dirigé par R. West (ESO) a mis en œuvre les actions proposées (http://vt2004.org) . Pour l’IMCCE, J.-E. Arlot et W. Thuillot ont été membres de ce comité de pilotage. L’IMCCE a été en charge, en particulier, de la gestion du site web spécialisé dans la diffusion des informations liées à ce calcul, dans la traitement de l’inscription des participants, la collecte des observations et leur analyse en ligne le jour du phénomène, puis de l’analyse globale de la campagne. À cette occasion une grande série de données de prédictions et de textes explicatifs ont été élaborés. Pendant environ deux ans cette action importante vers le public et le monde enseignant, a été préparée. De nombreuses actions ont été mises en place (serveur web sur Internet, formation des enseignants lors de journées « Vénus », diffusion de documentation sous forme de plus de 30 fiches pédagogiques, exposition, accueil du public le 8 juin, publication d’un livre de référence scientifique sur les sujets liés au passage et d’un CD Rom à caractère historique rassemblant les fac-similés des textes anciens, récits des expéditions effectuées à l’occasion de l’observation des passages de Vénus) en collaboration avec les départements de l’observatoire. Une exposition « Vénus au cœur du brasier » sur ce thème a été organisée dans la salle Cassini. La journée du 8 juin 2004 a été le point culminant de cette action et, grâce à l’action de nombreuses personnes de l’Observatoire, a donné lieu à l’accueil de plus de 3000 personnes sur le site de l’observatoire de Paris et plus de 1000 sur celui de Meudon. L’observatoire de Paris a pris en charge l’accueil du public et l’IMCCE a proposé l’organisation de conférences et d’animations culturelles tout au long de la journée. Au terme de cette opération, l’IMCCE a été en charge de l’organisation d’une conférence internationale les 5, 6 et 7 novembre 2004, rassemblant l’ensemble des coordinateurs des 25 pays concernés, une représentation des médias et du monde enseignant européen participant à cette opération. La conférence s’est tenue à Paris, au Carré des Sciences, Ministère de la Recherche, sous le haut patronage du Ministre de la Recherche et en présence des représentants du Ministre de la Recherche et du Ministre de l’Éducation Nationale. Steering Committee de l’opération VT-2004 : R. West (ESO, president), B. Mackowiak (ESO), C. Madsen (ESO), G. Rupprecht (ESO), H. Boffin (ESO), H.G. Schmidt., W. Thuillot (IMCCE), J.-M. Malherbe (LESIA), J.-E. Arlot (IMCCE), F. Wagner (EAAE), R. Ros (EAAE), S. Stefl (ASU), P. Henzel (ASU). 147 7.7.2. Conférences et actions de Vulgarisation J.-E. Arlot a contribué aux travaux divers de l’Unité de communication (Unicom) pour l’observatoire de Paris, en tant qu’adjoint de P. Felenbok son responsable. Une action importante a notamment été mise en place pour le phénomène rare du passage de Vénus devant le Soleil, le 8 juin 2004, et les manifestations connexes qui se dérouleront sur le site de l’observatoire de Paris. Patrick Rocher est, depuis juin 2002, consultant à La main à la pâte pour les sujets portant sur la mécanique céleste et l'astronomie fondamentale. Plusieurs chercheurs ont mené d’autres actions de vulgarisation : 2000 - Conférences et panneaux d’exposition sur le problème des trois corps à la « Fête de la Science » dans le pavillon de l’observatoire de Paris, octobre (A. Chenciner) - Conférence : Science et citoyen, MJC Bobigny, 20 Avril (J. Laskar) 2001 - Conférence à la Société Astronomique de Nantes, 25 janvier (J. Laskar) - Conférence de vulgarisation, La maroquinerie, 6 juin (J. Laskar) - Parrainage d’une classe de 4ème (J. Laskar) - Conférence de vulgarisation, Annecy, 19 septembre (J. Laskar) - Conférences et panneaux d’exposition sur le problème des trois corps à la « Fête de la Science » dans le pavillon de l’observatoire de Paris, octobre (A. Chenciner) 2002 - Conférence publique à l’Institut d’Astrophysique de Paris, 5 février (J. Laskar) - Conférence de vulgarisation dans un Lycée à Vienne, sous le patronage de l’Académie des Sciences Autrichienne, 28 novembre (J. Laskar) 2003 - Conférences et panneaux d’exposition sur le problème des trois corps à la « Fête de la Science » dans le pavillon de l’observatoire de Paris, octobre (A. Chenciner) - Conférence publique Société Française de Physique, Orsay 29 janvier (J. Laskar) - Participation à Star Party 2003, réunion d'astronomes amateurs, 8-14 juillet 2003, Barège (J. Laskar) - Fête de la science au Ministère de la Recherche, participation au Bar des Sciences, octobre (P. Rocher) - Conférence sur le passage de Mercure devant le Soleil, St Germain-en-Laie, mai (P. Rocher) 2004 - Interventions et animation d’un group web d’astronomes en amateur roumains SARM (M. - Birlan) 20 émissions radio à la BBC section roumaine (M. Birlan) Catastrophes : peut-on gérer les cataclysmes ?, participation à un Bar des Sciences, Paris, février (F. Colas) Conférence grand public observatoire de Paris, mai 2004, dans le cadre de l’Université ouverte et la fête de la Science (J. Laskar) Pluies d’étoiles filantes : comment les prédire ?, Star party 2004, Barèges (J. Vaubaillon) La navigation aux étoiles en micronésie, Star Pary 2004, Barèges (F. Colas) 148 - Conférence Grand Public, université d’Amiens, 2 juin (J. Laskar) Le passage de Vénus, observatoire de Paris, 8 juin (J.-E. Arlot) Conférence à l’université de Cergy, dans le cadre de l’Université ouverte et la fête de la Science, « Sans Dessus Dessous ou les différentes manières de basculer l’axe de la Terre », 14 octobre (J. Laskar) Les impacts météoritiques dans le système solaire, Fête de la Science, observatoire de Paris, 14 octobre (F. Colas) L’IMCCE et l’exploration du système solaire, Fête de la Science, observatoire de Meudon, 16 octobre (W. Thuillot) Le passage de Vénus- une vision européenne, Fête de la Science, observatoire de Paris, 16 octobre (P. Rudawy et J.-E. Arlot) Conférence Grand Public, Pau, 22 octobre (J. Laskar) Le passage de Vénus, observatoire de Paris, 10 novembre (J.-E. Arlot) Conférence Grand Public, Marseille, 19 novembre (J. Laskar) Conférence Grand Public, Nice, 10 décembre (J. Laskar) Enfin, il est à noter que des conférences grand public sont organisées à l’observatoire de Lille. La fréquence est d’environ deux par an. Réciproquement, des membres du LAL donnent des conférences de ce type à l’extérieur. 149 150 ANNEXE A : Évolution des effectifs de l’IMCCE sur la période 1980-2020 Ces graphes donnent l’évolution des effectifs de l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides depuis 1980 et donnent l’extrapolation jusqu’à 2020. Cette extrapolation prend pour hypothèse le départ en retraite des personnels ITA à 60 ans et celui des personnels chercheurs à 65 ans. Le laboratoire ayant été créé en 1961, les personnels sont nombreux à avoir été recrutés à cette époque. En conséquence, on voit sur la partie droite des graphes une série de départs en retraite mis en évidence par la décroissance souvent immédiate des effectifs. Cette décroissance lorsqu’elle existe dans la partie gauche de ces graphes est particulièrement significative : c’est notamment le cas des effectifs CNAP. Plusieurs points sont particulièrement à souligner : - Sur cet intervalle de temps apparaît clairement vers 1992 l’arrivée d’enseignants chercheurs au moment de la création de l’équipe ASD et les quelques recrutements qui l’ont accompagné, de même que le rattachement des enseignants chercheurs de Lille (LAL) en 1998. Cependant cet effectif des enseignants chercheurs sera réduit de moitié dans les 6 ans. - Il faut noter que la directrice de l’équipe LAL, professeur à l'université USTL - Lille 1, est partie en retraite en 2003. Considérant divers arguments fondés sur l’intérêt de l’enseignement des disciplines astronomiques et le souci que l’équipe LAL ne reste pas en sous effectif, l'IMCCE souhaite que l'université puisse afficher un poste. - La décroissance des effectifs ITA a été relativement amoindrie grâce à une mutation et des recrutements en 2003 et 2004. Cependant plusieurs départs en retraite vont se produire fin 2004 : sur les 3 ans à venir l’érosion n’est pas évitée et il sera nécessaire de maintenir l’effort de renouvellement des personnels. - Sur le début de l’intervalle le potentiel ITARF a été jusqu’à présent presque maintenu. Il est essentiel que dans les années qui suivent il en soit de même. - La prospective des effectifs totaux ITA et ITARF montre une décroissance qui reste importante et laisse présager de sérieux problèmes principalement dans l’accomplissement des tâches de service si les mesures de renouvellement ne sont pas poursuivies. - Ces graphes permettent surtout de voir en particulier l’absence de renouvellement des personnels CNAP puisque le nombre d’astronomes et d’astronomes adjoints en 2004 est la moitié de ce qu’il était 10 ans auparavant en 1994. Un nouveau départ en retraite va survenir à très court terme et cette décroissance de 6 postes a déjà des conséquences graves sur les capacités du laboratoire à maintenir une activité de service à la hauteur des défis de nos domaines d’activité. Le renouvellement des personnels est un des problèmes majeurs du laboratoire. Celui des chercheurs l’est particulièrement, son analyse n’est pas très simple et relève notamment de la confrontation des thématiques au sein des comités nationaux. Les systèmes de recrutement n’ont pour l’instant pas permis de le résoudre, malgré la présentation d’excellentes candidatures ; il doit d’urgence être très sérieusement examiné par les tutelles et les jurys, notamment par le CNAP afin que la mission de service de l’IMCCE puisse continuer de fonctionner. 151 152 Effectifs de l’IMCCE sur la période 1980-2020 Chercheurs CNRS Astronomes Astronomes adjoints CNAP 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 14 12 10 8 6 4 2 0 1 1980 4 857 1090 13 16 22 2505 28 31 37 40 95 19 00 10 34 15 2020 1 1980 4 857 MCF & PROFS ITARF 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1090 13 16 40 95 19 0022 25 05 28 31 10 34 1537 2020 7 6 5 4 3 2 1 0 1 1980 4 857 1090 13 16 22 2505 28 31 37 40 95 19 00 10 34 15 2020 1 1980 1980 4 85 85 7 Tous chercheurs ITA CNRS 25 10 8 20 6 15 4 10 2 5 0 19801 0 4 85 7 10 16 19 0022 25 37 40 90 13 95 05 28 31 10 34 15 2020 19801 4 85 7 10 22 2505 28 31 37 40 90 13 16 95 19 00 10 34 15 2020 Effectif total ITARF + ITA 40 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 19801 10 16 31 37 2020 40 90 90 13 95 95 19 00 0022 25 05 05 28 10 10 34 15 15 2020 35 30 25 20 15 10 5 0 4 85 7 10 16 19 0022 2505 28 31 37 40 90 13 95 10 34 15 2020 1980 1 485 7 153 10 16 19 0022 25 37 40 90 13 95 05 28 31 10 34 15 2020
