Improving the dynamical model of the Moon using lunar laser ranging (LLR) and spacecraft data

L'objectif principal de ce travail etait d'ameliorer le modele dynamique de la Lune dans les ephemerides numeriques INPOP et d’exploiter cette amelioration en vu d’une meilleure caracterisation de la structure interne de la Lune et d’effectuer des tests de la relativite generale. Dans un premier temps, un travail d’analyse des algorithmes necessaires aux calculs des points normaux utilises pour la construction des ephemerides lunaire a ete effectue. Une analyse approfondie des procedures utilisees par l’equipe de Grasse montre l'impact du choix de l’algorithme sur le calcul de l'incertitude. L'importance de l'incertitude du point normal se reflete dans la methode du moindre carre pondere utilisee pour la construction des ephemerides. En particulier, l'absence d'un algorithme standardise entre les differentes stations LLR introduit des biais dans l’estimation des incertitudes qu’il est important de prendre en compte. La these a egalement beneficie d'un ensemble de donnees plus dense en raison des ameliorations techniques et du passage de la longueur d'onde a l'infrarouge a la station de Grasse (Courde et al., 2017). Dans un second temps, afin de permettre des analyses multi-techniques combinant mesures SLR et LLR, la reduction des observations LLR a ete introduite dans le logiciel de determination d'orbites GINS du CNES. La modelisation suit les recommandations de IERS et ete validee par une comparaison etape par etape avec les groupes d'analyse LLR de l’Observatoire de Paris et a Hanovre avec une precision de l’ordre de 1 mm. En outre, la correction des effets due au chargement hydrologique observe a la station Grasse a ete mise en œuvre et a fait l’objet d’une premiere communication poster en 2016 (Memin et al. 2016). Une version amelioree du modele de reduction LLR a ete integree a la derniere version distribuee du logiciel GINS par l’equipe de geodesie spatiale (GRGS) du CNES.Le modele dynamique lunaire d’INPOP a d'abord ete developpe par Manche (2011). Cependant, en raison de l'absence du noyau fluide dans la version precedente (INPOP13c), les residus obtenus apres ajustement etaient au niveau de 5 cm pour la periode moderne (2006). Une comparaison detaillee des equations dynamiques avec les ephemerides JPL DE430 a permis d'identifier les changements requis dans INPOP pour l'activation du noyau liquide lunaire. D'autres modifications ont permis l'utilisation d'un champ de gravite lunaire determine par la mission spatiale GRAIL. L'utilisation d'un algorithme de moindres carres sous contraintes a aussi ete utilise afin de maintenir les parametres connus dans des bornes compatibles avec leurs incertitudes. La nouvelle ephemeride (INPOP17a) produit un residu de 1,4 a 1,8 cm, compatible avec (Folkner et al. 2014) et (Pavlov et al. 2016). INPOP17a est distribuee sur le site de l’imcce (www.imcce.fr/inpop) et une documentation a ete publiee (Viswanathan et al. 2017) dans les notes scientifiques de l’imcce.En outre, en fournissant des contraintes plus severes dans le modele dynamique sur le champ de gravite lunaire a partir de l'analyse des donnees GRAIL, une signature caracteristique de libration lunaire avec une periode de 6 ans a ete revelee avec une amplitude de +/- 5 mm. Plusieurs pistes ont ete etudiees pour l'identification de cet effet, impliquant des termes de maree et des composants de couple a plus haut degre. Cela reste encore un travail en cours, qui se poursuivra grâce a un contrat postdoctoral a Paris. Une publication est en cours de revision a ce sujet.Les residus au niveau d'un centimetre permettent des tests precis du principe d'equivalence dans le systeme solaire. La valeur ajustee du parametre caracterisant l'acceleration differentielle de la Terre et de la Lune vers le Soleil a ete obtenue et les resultats sont conformes aux travaux anterieurs (Williams et al 2012, Hofmann et al. 2016). Une interpretation en terme de theorie du dilaton est proposee. Une publication est en cours de finalisation.