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C R P G Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques www.crpg.cnrs-nancy.fr UMR 5873 «PNAS» mai 2015 Proceedings of the National Academy of Sciences of US Présentation de l’article publié dans le numéro du 19 mai 2015 de la revue PNAS : Synthesis of refractory organic matter in the ionized gas phase of the Solar Nebula. par : Maïa Kuga, Bernard Marty, Yves Marrocchi, Laurent Tissandier dossier de presse Contacts au CRPG : Yves Marrocchi 03 83 59 42 45, [email protected] L’article en diagonale Les composés organiques extraterrestres ont déjà été identifiés dans la plupart des objets primitifs du système solaire, météorites, micrométéorites, poussières interplanétaires et grains cométaires. Ces composés organiques qui constituent un réservoir primordial majeur des éléments volatils (H, C, N et gaz rares), ont pu jouer un rôle important lors de la mise en place de l’atmosphère mais aussi de la vie sur Terre. L’origine de ces composés organiques est très débattue et nombre d’expériences n’ont pu reconstituer ces composés avec les valeurs isotopiques extrêmes qu’ils présentent pour l’hydrogène et pour l’azote. Les chercheurs jouent aux apprentis sorciers Les chercheurs du CRPG reconstituent l’ambiance régnant lors des premiers temps du système solaire au sein d’un dispositif appelé Nébulotron pour fabriquer des composés organiques à partir de mélanges de gaz, judicieusement choisis, ionisés dans le réacteur du Nébulotron. En fonction des conditions de chaque analyse, les composés organiques produits sont analysés et comparés avec les composés naturellement trouvés dans les échantillons extraterrestres. Les premiers résultats présentés dans cet article montrent que la synthèse des composés organiques extraterrestres primordiaux a été réalisée à des températures élevées (500-1000K) dans des régions de la nébuleuse protosolaire suffisament ionisées pour initier la synthèse organique. Michel Champenois : Chargé de communication CRPG/CNRS/Univ. Lorraine tél : 03 83 59 42 36/06 - 06 84 64 39 14 [email protected] C R P G Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques www.crpg.cnrs-nancy.fr UMR 5873 «PNAS» mai 2015 Proceedings of the National Academy of Sciences of US dossier de presse Plus de détails au sujet des composés organiques primordiaux et des expériences de reconstitution de la nébuleuse protosolaire Les composés organiques extraterrestres, majoritairement insolubles, ont été identifiés dans la plupart des objets primitifs du système solaire - météorites et micrométéorites, poussières interplanétaires (IDPs) et poussières cométaires (grains Stardust/Wild 2). Ils constituent un réservoir primordial majeur des éléments volatils (H, C, N et gaz rares), et ont pu jouer un rôle important lors de mise en place des atmosphères des planètes terrestres, mais aussi de la vie sur Terre. En particulier, cette matière organique insoluble concentre la Phase Q, porteuse des gaz rares de compositions élémentaire et isotopique primordiales, dont l’origine, inconnue, reste une des grandes questions de la cosmochimie. De même, l’origine des composés organiques extraterrestres est très débattue, et la plupart des scenarii place la synthèse de ces composés organiques dans le milieu interstellaire ou dans les zones externes de la nébuleuse solaire, à très basse température (<40K). Cependant, les expériences réalisées à partir de glaces d’eau et de composés organiques simples n’ont pas permis de reproduire des caractéristiques fondamentales de ces composés organiques extraterrestres, à savoir leurs compositions isotopiques extrêmes de l’hydrogène et de l’azote, ainsi que leur contenu en gaz rares. Pour répondre à ces questions, nous avons synthétisé des composés organiques solides en ionisant dans un réacteur plasma - le Nébulotron - des mélanges de gaz de composition rappelant celle de la nébuleuse protosolaire (H2(O)-CO-N2gaz rares). Le type de plasma utilisé (plasma microondes) induit un chauffage des gaz fluant dans le réacteur à des températures comprises entre 500 et 1000K. La caractérisation détaillée des composés organiques synthétiques met en évidence des propriétés chimiques et physiques très proches de celles observées pour la matière organique insoluble des météorites primitives. D’autre part, les gaz rares piégés dans les solides synthétisés présentent des concentrations ainsi que des compositions élémentaires et isotopiques équivalentes à celles des gaz rares primordiaux portés par la Phase Q des météorites primitives. Ce dernier point démontre l’importance de l’ionisation des gaz, nécessaire à la mise en place des fractionnements élémentaires et isotopiques des gaz rares. C’est la première expérience qui permet de reproduire des caractéristiques à la fois chimiques, structurales et isotopiques – des gaz rares – de ces matériaux organiques extraterrestres. Ces résultats expérimentaux nous conduisent à suggérer que la synthèse des composés organiques insolubles - du moins de leurs précurseurs - et la rétention des gaz rares Q primordiaux dans ces composés ont eu lieu (i) simultanément, (ii) possiblement à des températures élevées (500-1000 K), et (iii) dans les régions de la nébuleuse protosolaire qui étaient suffisamment ionisées pour initier les processus de synthèse organique et de fractionnement élémentaire et isotopique des gaz rares. L’étude de la structure modèle des disques d’accrétion montre que ces régions sont Michel Champenois : Chargé de communication CRPG/CNRS/Univ. Lorraine tél : 03 83 59 42 36/06 - 06 84 64 39 14 [email protected] C R P G Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques www.crpg.cnrs-nancy.fr UMR 5873 «PNAS» dossier de presse mai 2015 Proceedings of the National Academy of Sciences of US localisées à la surface et dans la zone interne du disque. La synthèse organique - simultanément au piégeage des gaz rares Q - a pu être initiée dans ces régions chaudes et ionisées par interaction des gaz nébulaires avec les photons du soleil jeune (ou du milieu interstellaire) ou avec les électrons libres issus de la photoionisation des espèces gazeuses. Ces composés organiques riches en gaz rares ont par la suite pu être dispersés dans le disque d’accrétion par des processus de turbulence et/ou de sédimentation, et interagir avec des glaces dans les parties plus froides du disque. Ce scénario favorise la photochimie de l’azote moléculaire N2 de la nébuleuse solaire comme étant responsable de la variation extrême des compositions isotopiques de l’azote mesurées dans les différents objets du système solaire. Ces résultats expérimentaux démontrent que le lien entre la matière organique des météorites, la composition des gaz rares Q et la composition isotopique de l’azote dans ces mêmes composés indique une voie de synthèse organique dans la nébuleuse solaire tout à fait alternative et originale. Le réacteur du Nébulotron en fonctionnement Le réacteur du Nébulotron à la fin d’une expérience où l’on peut voir les dépôts solides riches en gaz rares formés sur la paroi du réacteur Michel Champenois : Chargé de communication CRPG/CNRS/Univ. Lorraine tél : 03 83 59 42 36/06 - 06 84 64 39 14 [email protected]
