Sujet 2 - UMR7345 - Physique des Interactions Ioniques et

Ecole Doctorale des Sciences
Chimiques ED250
Contrats Doctoraux
2016
Intitulé du Sujet de Thèse :
Analyse de composés organiques volatils issus d’analogues cométaires par GC-MS
Laboratoire : Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires
Equipe : Spectrométries et Dynamique Moléculaire
Directeur de thèse : Thierry Chiavassa
Co-directeur (éventuellement) : Grégoire Danger
Co-encadrant (éventuellement) :
Descriptif du projet :
L'étudiant recruté participera aux recherches concernant l'étude de l'évolution de la matière organique au sein
d'environnements astrophysiques. Ces recherches se focaliserons sur l'analyse par chromatographie gazeuse
couplée à un spectromètre de masse (GC-MS) des composés organiques volatils (COV) provenant d'une glace
cométaire.
Une partie de ces travaux consistera à former des analogues de glace cométaire (H2O, CH3OH, NH3, CO2, CO...)
au sein du laboratoire à partir d'un dispositif utilisant les techniques de cryogénie sous vide (10 K à 10-9 mbar).
La spectrométrie infrarouge sera utilisée pour suivre in situ l'évolution des analogues une fois soumis à des
altérations par rayonnement ultraviolet (Lyman ). Ces analogues seront par la suite réchauffés pour simuler
l'évolution d'un grain cométaire autour du Soleil. Les COV qui désorberont lors de ce réchauffement seront
récupérés par le système VAHIIA développé avec l'aide de l'ANR (2012-2015) et de la Fondation d'Aix-
Marseille, pour être transférés vers un dispositif GC-MS où ils seront caractérisés.
Les données obtenues seront essentielles pour confirmer l'origine des COV détectés par la mission Rosetta, mais
elles aideront aussi aux traitements des données issues de cette mission. Ces résultats permettront de plus de
proposer de nouvelles molécules à rechercher au sein d'environnements cométaires, ainsi que d'apporter des
informations quantitatives qui permettront de mieux comprendre les observations et de contraindre les modèles
cométaires.
Contexte de l’étude :
Notre thématique concerne la compréhension de l'évolution de la matière organique lors de la formation du
système Solaire et au sein des objets interplanétaires. Parmi ces objets, les comètes sont essentielles car elles font
partie des objets les moins évolués du système Solaire. Elles peuvent ainsi apporter des informations cruciales
sur l'origine de notre système planétaire. Ces comètes ont été observées à distance par différentes méthodes
spectroscopiques. Plusieurs missions spatiales ont permis d'obtenir des informations sur ces objets, dont la
dernière en date, la mission Rosetta, a fourni des éléments essentiels quant à leur structure et à leur composition
organique.
Dans ce cadre, au sein de notre laboratoire, nous développons des systèmes expérimentaux permettant de simuler
les environnements cométaires. Ces expérimentations apportent des informations essentielles concernant
l'origine de la matière organique détectée dans les environnements cométaires, mais servent aussi de support aux
missions spatiales telle que la mission Rosetta. Lors de ces simulations, un analogue de glace cométaire (incluant
par exemple H2O, CO, NH3, CH3OH) est déposé à basse température (10 K) et soumis à différents processus
énergétiques (thermique, photochimique et/ou ionique). Cet analogue de glace est ensuite progressivement
réchauffé jusqu'à 300K, permettant la sublimation des espèces les plus volatiles, et aboutissant in fine à la
formation d'un résidu réfractaire "analogue" à un échantillon de matière organique cométaire ou météoritique.
L'étude de l'évolution de ces analogues doit nous apporter à terme des informations essentielles pour la
compréhension de l'origine et de l'évolution de la matière organique lors de la formation du Système Solaire et
plus généralement d'un système planétaire.
Ce projet est soutenue par le Centre National d'Etudes Spatiales, le Programme National de Planétologie du
CNRS, la Fondation d'Aix-Marseille Université et l'Agence Nationale de la Recherche.
Références bibliographiques :
(1) Methanol ice VUV photo-processing : GC-MS analysis of volatile organic compounds. N. Abou Mrad, F. Duvernay, T.
Chiavassa and G. Danger. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2016, 458, 1234
(2) Laboratory Studies Towards Understanding Comets. Murthy S Gudipati, Ninette Abou Mrad, et al. . Space Science
Review, 2015, 197, 101-150
(3) Development and optimization of an analytical system for the Volatile organic compounds Analysis coming from the
Heating of Interstellar/cometary Ice Analogs , N. Abou Mrad, F. Duvernay, P. Theule, T. Chiavassa and G. Danger.
Analytical Chemistry, 2014, 86, 8391-8399