MOMIE

Contact LISA : P. Coll

PI: P. Coll, C. Szopa (LATMOS)

 

MOMIE (Mars Organic Molecules Irradiation & Evolution)

OBJECTIFS : Simulation de l’interface sol-atmosphère sur Mars

Depuis le début des années 2000 une forte collaboration entre le LISA (responsable P. Coll) et le LATMOS, ex Service d’Aéronomie (responsable C. Szopa) s’est développée autour de la recherche de structures moléculaires organiques dans la surface/sous-surface de Mars, et également dans l’atmosphère. Il nous est rapidement apparu qu’il était nécessaire de pouvoir discriminer les origines des molécules organiques potentiellement détectées à la surface de Mars (sources exogènes comme les météorites ou les micro-météorites, ou sources endogènes, depuis les synthèses atmosphériques jusqu’à une activité biotique - objectif I) et d’investiguer quelles cibles prioritaires étaient à rechercher par les sondes spatiales d’explorations de Mars (objectif II) :

•    Objectif I : Ces dernières années il est clairement apparu que les bilans de matière organique à la surface de Mars sont très controversés, en premier lieu en terme de sources mais également en terme de puits. Dans le cas d’un succès des prochaines expériences in situ de recherche de molécules organiques dans l’environnement martien, il sera donc nécessaire d’être apte à expliciter l’origine et l’abondance des molécules organiques identifiées.

•    Objectif II : mieux comprendre les schémas d’évolution chimique à la surface de Mars, et notamment ceux relatifs à des puits de matière organique, permet de restreindre le champ des cibles à rechercher in situ (pourquoi rechercher une molécule instable dans l’environnement martien ?).

 

INSTRUMENTATION

 

Afin de comprendre la philosophie de l’expérience, le plus simple est peut-être de décrire une expérience de simulation dans sa version la plus complexe : après avoir déposé une fine couche de minéraux et/ou de molécules organiques sur une fenêtre optique à l’aide d’un réacteur de sublimation développé au LISA, l’échantillon est placé dans un réacteur Cf Figure 1. On ferme le réacteur et on refroidit la fenêtre optique jusqu’à ce qu’elle atteigne environ -50°C (température moyenne de la surface de Mars). On introduit un mélange gazeux contenant de la vapeur d’eau et de la vapeur de H2O2. Dès que quelques nm de glace se sont formés à la surface de la fenêtre, on remplit le réacteur de N2. La température de la fenêtre doit être constante jusqu’à la fin de l’expérience. On peut ensuite mettre en œuvre le rayonnement UV. L’évolution du dépôt peut être suivie en temps réel par spectroscopie IR, les éventuelles espèces gazeuses produites seront analysées dans le futur par spectrométrie de masse. Cette expérience illustre la simulation la plus complexe possible des processus physico-chimiques d’évolution de la matière organique à la surface/sous-surface de Mars par MOMIE. Des études de processus plus élémentaires seront bien évidemment également possibles avec MOMIE (diffusion de H2O2 dans le régolithe simulé, irradiation UV d’organique « enfoui » dans une matrice minérale…). La hiérarchie de ces différentes études n’est pas détaillée ici.

Ce projet est de surcroît développé en synergie avec différentes missions d’exposition d’échantillons en orbite basse, afin de bénéficier de l’irradiation solaire réelle (PHILEO), où nous étudions également l’évolution de molécules organiques et de minéraux dans l’environnement martien.

 

Figure 1: après avoir déposé une fine couche de minéraux et/ou de molécules organiques sur une fenêtre optique à l’aide d’un réacteur de sublimation développé au LISA, l’échantillon est placé dans un réacteur

 

DEVELOPPEMENTS ACTUELS

La première étape du projet « MOMIE » a consisté à évaluer l’interaction du rayonnement UV simulé à la surface de Mars avec des molécules organiques potentiellement présentes à la surface/sous-surface de Mars. Il est toutefois rapidement apparu qu’un autre processus d’évolution chimique à la surface de Mars était à considérer: l’interaction des molécules organiques avec les oxydants synthétisés directement ou par voie catalytique à l’interface sol/atmosphère de la planète (ces différentes voies de processus d’oxydation étant mal connues). Si nous poursuivons cette activité, ce processus sera alors à prendre en compte.

Nous avons donc choisi d’étendre les questions du programme MOMIE à un cadre plus large : en effet les débats qui animent la communauté à l’heure actuelle démontrent très clairement la non-documentation de la stabilité ou de la métastabilité des composés organiques à la surface de Mars, notamment vis-à-vis de la synergie générée par les processus induits par irradiation UV et par les processus d’oxydation.

En 2010, nous avons donc adapté MOMIE, ce simulateur d’évolution de la matière organique dans les conditions de surface de Mars, en reproduisant les processus d’oxydation qui se déroulent à l’interface atmosphère-sol ou dans le sol. Les prochaines années nous comptons donc :

1- investiguer expérimentalement l’importance relative des différents processus qui peuvent être à l’origine des processus d’oxydation à la surface/sous-surface de Mars, à savoir  estimer l’importance relative des 3 familles de processus suivants :

- Diffusion de peroxyde d’hydrogène atmosphérique dans le régolithe (mélange H2O/H2O2 ?)

- Interaction entre les minéraux et la glace d’eau pour la formation d’oxydants

- Formation des oxydants par interaction entre les radiations UV et les minéraux

2- il conviendra ensuite de réaliser des expériences d’irradiation UV et d’oxydation (basées sur le processus identifié en 1) des différentes familles de molécules organiques, quelle que soit leur origine (exogène/endogène).

 

Les résultats attendus sont de natures très diverses (cf Figure 2) :

- nature des composés stables ou métastables à la surface de Mars

- processus de formation de composés stables à la surface de Mars

- importance relative (quantification) de l’efficacité des processus d’oxydation pressentis à la surface de Mars

- projection des teneurs en composés organiques à la surface de Mars, et dans son proche sous sol.

 

 

Figure 2

FINANCEMENTS