2014-020 Résonance paramagnétique électronique de

2014-020 Résonance
paramagnétique électronique de
biosignatures carbonées au sein
de roches siliceuses primitives:
De la vie primitive sur Terre à la
recherche de traces de vie fossile
sur Mars
Nom & Prénom GOURIER Didier
Organisme Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris
Adresse Paris
Code postal 75005
Ville 11 rue Pierre et Marie Curie
Adresse mail [e-mail]
Email du Directeur du Laboratoire:
[e-mail]
Descriptif du sujet:
Les plus anciennes traces de vie primitive terrestre se trouvent fossilisées sous forme de microstructures
carbonées piégées dans des roches siliceuses microcristallines (silex, chert en anglais). Les techniques
habituellement utilisées pour leur détection (microscopies optique et électronique, spectroscopie Raman,
…) concernent essentiellement la surface (ou la zone proche de la surface) et nécessitent souvent une
préparation des échantillons. La détection in situ et non invasive de cette matière carbonée primitive est
cependant envisageable par spectroscopie si l’on utilise un rayonnement pénétrant comme les
microondes ou les radiofréquences. Nous avons récemment montré l’intérêt de la résonance
paramagnétique électronique (RPE) pour la recherche des premières traces de vie primitive, et pour
l’étude de la structure et de l’origine de la matière carbonée dans les météorites carbonées, parmi les
objets les plus primitifs du système solaire (1-11). Basée sur la détection des spins d’électrons non
appariés dans des radicaux organiques ou dans des défauts/impuretés de la matrice inorganique, cette
technique permet de détecter, d’analyser et de dater sans aucune préparation ni extraction la matière
carbonée fossile, même très peu abondante, au sein de silex Archéens (jusqu’à 3,5 milliards d’années)
(3,10).A l’aide de gradients de champ magnétique superposés au champ magnétique statique, il est
possible de réaliser des images 3D de la distribution du carbone au sein des roches (5). Les appareillages
RPE fonctionnant généralement en bande X (~ 9,4 GHz) et avec un champ magnétique (~350 mT)
nécessitant un gros électroaimant, ils sont donc bien adaptés à l’étude de roches terrestres ou de roches
martiennes dans le cadre d’une mission de retour d’échantillon. Ils ne sont par contre absolument pas
spatialisables dans cette configuration. Avec le soutien financier du CNES, nous réalisons actuellement
(LASIR, Lille) un appareillage RPE à très basse fréquence (250 MHz) ultra léger qui sera adaptable à un
lander destiné à une mission sur Mars. Cependant la grande différence de fréquences entre les deux
appareillages nécessite une étude complète de la RPE à très basse fréquence des roches carbonées, pour
lesquelles il n’existe à l’heure actuelle aucune donnée.
Le sujet de thèse proposé comporte plusieurs aspects dans l’étude des roches Archéennes contenant des
traces probables ou avérées de vie très primitive. L’objectif est d’affiner la méthodologie RPE dans cinq
directions:
1) Identifier des biosignatures magnétiques indiscutables, permettant de distinguer entre un carbone
d’origine biologique et un carbone d’origine abiotique (réaction chimique, décomposition de carbonates,
carbone météoritique etc..) ;

2) Améliorer la méthode de datation par RPE de la matière carbonée que nous avons récemment
proposée (3,10) afin de distinguer entre une vie primitive contemporaine de la formation de la roche, et
du carbone provenant de la contamination postérieure par des bactéries endolithiques par exemple ;
3) Identifier des biosignatures spécifiques de métabolisme primitif. Ces études nécessiteront la synthèse
d’analogues (biomolécules et bactéries encapsulées dans la silice et vieillies artificiellement).
4) Rechercher et étudier des biosignatures paramagnétiques inorganiques potentielles, comme les ions
vanadyles VO
2+
par exemple (7);
5) Entreprendre l’étude RPE à très basse fréquence (250 MHz) des roches Archéennes afin d’ évaluer les
potentialités de l’appareillage en cours de réalisation pour l’étude des biosignatures carbonées et
inorganiques dans des roches martiennes.
Laboratoire d'accueil envisagé:
Institut de Recherche de Chimie-ParisTech (IRCP) et laboratoire de spectrochimie infra-rouge et Raman
(LASIR, Lille)
Profil du candidat (veuillez préciser la spécialité du Master):
Le candidat doit être de préférence un physicochimiste des matériaux, issu d'une Ecole d'ingénieur ou
d'un M2 de science des matériaux, ou de Physicochimie par exemple.
Un intérêt pour la spectroscopie est fortement souhaitable. Un interêt pour l’exobiologie sera un plus.
Responsable CNES - Nom: Chazalnoel Pascale
Responsable CNES - Structure: CNES/DCT/PO/PM
Mail responsable thèse: pascale.chaz[email protected]