Le télescope spatial James Webb (JWST) ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude des super-Terres et des mini-Neptunes qui constituent les catégories d’exoplanètes les plus nombreuses de notre Galaxie et qui n'ont pas d'équivalent dans notre système solaire. Ces planètes sont essentielles pour comprendre la formation et l’évolution planétaires, notamment la transition entre les planètes rocheuses dotées d’atmosphères ténues et les planètes entourées d’enveloppes riches en éléments volatils.

Cette thèse vise à caractériser les atmosphères d’une population de super-Terres et de mini-Neptunes observées avec JWST, à étudier leur diversité et à développer des méthodes d’analyse robustes afin de maximiser le retour scientifique des observations. Un enjeu majeur réside dans les effets systématiques instrumentaux qui peuvent biaiser l’interprétation des propriétés atmosphériques.

Le projet consistera à développer une méthodologie homogène de réduction et d’analyse des données issues des différents instruments, domaines spectraux et modes d’observation du JWST, avec une attention particulière portée à MIRI. Des techniques d’apprentissage automatique, notamment l’algorithme XGBoost, seront étudiées pour identifier, prédire et corriger les systématiques instrumentales. Leurs performances seront comparées aux méthodes de réduction existantes, et leur impact sur les incertitudes spectrales et les contraintes atmosphériques sera quantifié.

La caractérisation atmosphérique reposera sur l’outil Taurex et sur des méthodes d’inférence bayésienne afin d’estimer les abondances moléculaires, la structure thermique, ainsi que les propriétés des nuages et des brumes. L’application d’une méthodologie cohérente à une population de petites exoplanètes permettra de comparer leurs propriétés atmosphériques et de mieux comprendre les liens entre composition, caractéristiques planétaires, formation et évolution.

Enfin, la thèse préparera l’exploitation scientifique de la mission Ariel de l’Agence spatiale européenne (ESA), dont le lancement est prévu en 2031. Les propriétés atmosphériques obtenues serviront de références pour l’interprétation des futures observations, tandis que des simulations de données similaires à celles attendues pour Ariel permettront d’évaluer les méthodes d’analyse développées. Ces travaux contribueront à une meilleure compréhension de la diversité des petites exoplanètes et de leur évolution.