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Offre de stages, thèses et post-doc

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Propositions de Post-doctorat

Candidature Spontanée

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Propositions de stage

Année 2020

Niveau Master 2

-* Evolution de matière organique exogène en conditions simulant la Terre primitive

Contacts : Grégoire Danger

Nous développons au sein de notre labortaoire une expérience de simulation de l’évolution de glaces observées en abondance dans les nuages moléculaires. Les glaces interstellaires les plus abondantes (dans notre cas H2O, CH3OH et NH3) sont mélangées en phase gazeuse et déposées sur une surface froide (77 K) où elles sont modifiées par irradiation UV puis par le réchauffement de l’échantillon jusqu’à température ambiante (300 K) où la formation d’un résidu, organique, essentiellement soluble (eau et solvants classiques), est toujours observée 1,2. Le résidu organique issu de la transformation de ces glaces constitue un analogue de la matière organique qui est présente dans les petits corps du Système Solaire (astéroïdes, comètes) et donc aussi dans les météorites carbonées trouvées à la surface de notre planète. Cette matière carbonée est supposée avoir pu jouer un rôle déterminant dans la chimie prébiotique dans un environnement propice (eau liquide et apport d’énergie libre), par exemple sur la Terre primitive où la vie est effectivement apparue très tôt semble-t-il après la formation de la planète. Le potentiel réellement prébiotique de cette matière est donc une hypothèse sérieuse.
A partir de ces résidus, nous développons une expérience qui a pour but de déterminer en quoi la matière exogène a pu jouer un rôle dans l’émergence de systèmes biochimiques sur la Terre primitive. Notre objectif est de déterminer les conditions expérimentales permettant l’émergence de systèmes prébiotiques qui sont en fait des systèmes chimiques auto-catalytiques loin de l’équilibre, récemment nommés réplicateurs par R. Pascal et A. Pross.
Dans ce contexte, le présent stage aura pour premier objectif une participation à la synthèse de ces résidus, une technique qui est déjà opérationnelle dans notre laboratoire. Ils seront ensuite utilisés pour être mis en réaction dans les conditions simulant celles de l’environnement aqueux de la Terre primitive. L’objectif de ce stage est de mettre au point la méthodologie analytique nécessaire au suivi de l’évolution de ces résidus. La spectrométrie de masse à très haute résolution (FT-ICR) sera dans un premier temps utilisée en collaboration avec Ph. Schmitt-Kopplin en Allemagne, approche qui nous permettra d’avoir une image globale du contenu moléculaire de nos échantillons et de leur évolution. Des analyses plus ciblées pourront être envisagées par GC-orbitrap suivant le degré d’avancement du projet.
L’étudiant recruté devra avoir de bonnes connaissances en chimie analytique et plus particulièrement en spectrométrie de masse. Des connaissances en physico-chimie seraient un atout.

1. Danger, G. et al. Characterization of laboratory analogs of interstellar/cometary organic residues using very high resolution mass spectrometry. Geochim. Cosmochim. Acta 118, 184–201 (2013).
2. Fresneau, A. et al. Cometary Materials Originating from Interstellar Ices : Clues from Laboratory Experiments. Astrophys. J. 837, 168 (2017).
3. Danger, G., Plasson, R. & Pascal, R. Pathways for the formation and evolution of peptides in prebiotic environments. Chem. Soc. Rev. 41, 5416–5429 (2012).
4. Pascal, R., Pross, A., Sutherland, J. D., Umr, M. & Universite, C. kinetics and thermodynamics Towards an evolutionary theory of the origin of life based on kinetics and thermodynamics. Open Biol. 3, 130156 (2013).

Sujet :

-* Revisiter les données COSAC (Philae/Rosetta) : Analyse de composés organiques volatils issus d’analogues cométaires par spectrométrie de masse et GC-MS

Contacts : Grégoire Danger ; Thomas Gautier

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.

Le sujet de ce stage s’intéresse aux analyses par spectromètre de masse basse résolution ou GC-MS des composés organiques volatils (COV) provenant d’une glace cométaire. 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. L’étudiant recruté devra prendre en main le dispositif permettant la formation d’analogue cométaire. Pour cela, il sera amené à utiliser la spectrométrie infrarouge. Par ailleurs, la mise au point de protocoles permettant la caractérisation par spectrométrie de masse des COV provenant de ces analogues sera un élèment important du stage. Les données obtenues permettront de contraindre les outils numériques permettant de traiter les données issues du spectromètre de masse de COSAC.

Ainsi, en plus de ces expériences de laboratoire, l’étudiant sera amené à retraiter les données de vol de l’instrument COSAC à bord de l’atterrisseur Philae de la mission Rosetta. Lors de l’atterrissage de Philae à la surface de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, COSAC a pu analyser la composition organique de quelques grains cométaires par spectrométrie de masse directe (3). L’étudiant travaillera avec le LATMOS à la réinterprétation de ces données à l’aide d’outils numériques de traitement de spectres de masses récemment développés dans l’équipe. Cette partie ne nécessite pas de développement de code puisque les outils pour cela existe déjà, mais une connaissance minimale des méthodes numérique serait un plus. Cette partie du stage impliquera un déplacement de quelques semaines au LATMOS à Guyancourt.

Références :
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, 1234-1241
2. 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
3. Organic compounds on comet 7P/Churyumov-Gerasimenko revealed by COSAC mass spectrometry. F. Goesmann, H. Rosenbauer, J.H. Bredehöft, M. Cabane, P. ehrenfreund, T. Gautier, C. Giri, H. Krüger, L. le Roy, A. MacDermott, S. McKenna-Lawlor, U. Meierhenrich, G. Muñoz Caro, F. Raulin, R. Roll, A. Steele, H. Steininger, R. Sternberg, C. Szopa, W. Thiemann, S. Ulamec. Science, 2015, 349 - 6247

Sujet :

-* Développements analytiques pour l’analyse par SPE-UPLC-UV d’analogues de matière organique cométaire

Contacts : Grégoire Danger

Nous développons au sein de notre labortaoire une expérience de simulation de l’évolution de glaces observées en abondance dans les nuages moléculaires. Les glaces interstellaires les plus abondantes (dans notre cas H2O, CH3OH et NH3) sont mélangées en phase gaz et déposées sur une surface froide (77 K) où elles sont modifiées par irradiation UV puis par le réchauffement de l’échantillon jusqu’à température ambiante (300 K) où la formation d’un résidu, organique, essentiellement soluble (eau et solvants classiques), est toujours observée. Le résidu organique issu de la transformation de ces glaces constitue un analogue de la matière organique qui est présente dans les petits corps du Système Solaire (astéroïdes, comètes) et donc aussi dans les météorites carbonées trouvées à la surface de notre planète. Cette matière carbonée est supposée avoir pu jouer un rôle déterminant dans la chimie prébiotique dans un environnement propice (eau liquide et apport d’énergie libre), par exemple sur la Terre primitive où la vie est effectivement apparue très tôt semble-t-il après la formation de la planète. Le potentiel réellement prébiotique de cette matière est donc une hypothèse sérieuse.

L’objectif de ce stage est de développer un protocole d’analyse des résidus par une méthode couplée online solid phase extraction (SPE) - UPLC-UV. L’intérêt est d’obtenir un fractionnement des résidus par familles chimiques de type amine ou acide carboxylique, pour mieux comprendre la composition de ceux-ci. Les développements se feront dans un premier temps sur des mélanges de standards. Le système UPLC disponible au sein du laboratoire permet le couplage en direct de cartouches SPE incluant des résines échangeuses d’ions fonctionnalisées amine quaternaire ou acide carboxylique. Il faudra mettre au point les différents gradients et modes d’élution permettant une sélectivité des amines ou des acides carboxyliques présents au sein des échantillons. Par ailleurs, un protocole de récupération des différentes fractions devra être mis en place en utilisant la fonction collectrice du passeur disponible. Par la suite, suivant l’avancement du projet, les fractions récupérées seront analysées par spectrométrie de masse très haute résolution de type FT-ICR.

1. Danger, G. et al. Characterization of laboratory analogs of interstellar/cometary organic residues using very high resolution mass spectrometry. Geochim. Cosmochim. Acta 118, 184–201 (2013).
2. Fresneau, A. et al. Cometary Materials Originating from Interstellar Ices : Clues from Laboratory Experiments. Astrophys. J. 837, 168 (2017).
3. Eddhif, B. et al. Development of Liquid Chromatography High Resolution Mass Spectrometry Strategies for the Screening of Complex Organic Matter : Application to Astrophysical Simulated Materials. B. Eddhif,. Talanta, 179, 238-245 (2018).
4. Ruf, A. et al Data-driven UPLC-Orbitrap MS analysis in astrochemistry. LIFE, 2, E35 (2019).

Sujet :

Propositions de thèse

Non disponible

Propositions de Post-doctorat

Non disponible.