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Analyse de composés organiques volatils issus d’analogues cométaires par GC-MS

par Elodie PICO - publié le

Laboratoire : Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires
Équipe : Spectrométries et Dynamique Moléculaire
Directeur de thèse : Thierry Chiavassa
Co-directeur : Grégoire Danger

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