CRPG - CNRS

dossier de presse
Michel Champenois : Chargé de communication CRPG/CNRS/Univ. Lorraine
tél : [phone]
[email protected].fr
«PNAS» mai 2015
Proceedings of the National Academy of Sciences of US
C R P G
Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques
www.crpg.cnrs-nancy.fr UMR 5873
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
Contacts au CRPG :
Yves Marrocchi 03 83 59 42 45, [email protected].fr
Les composés organiques extraterrestres ont déjà été identiés 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 sufsament ionisées pour initier la
synthèse organique.
L’article en diagonale

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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
identiés 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-N2-
gaz rares). Le type de plasma utilisé (plasma microondes) induit un chauffage des
gaz uant 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 sufsamment 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

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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 photo-
ionisation 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
n d’une expérience où l’on
peut voir les dépôts solides
riches en gaz rares formés sur
la paroi du réacteur