Optimisation de l'analyse de la matière organique à l'aide d'un nouveau spectromètre de masse basé sur le CosmOrbitrap dans un contexte de future mission spatiale

par Laura Selliez-Vandernotte

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l'Univers, Planétologie

Sous la direction de Michel Tagger et de Nathalie Carrasco.

Le président du jury était Thierry Fouchet.

Le jury était composé de Michel Tagger, Nathalie Carrasco, Thierry Fouchet, Christophe Sotin, Grégoire Danger, Carlos Afonso, Christelle Briois.

Les rapporteurs étaient Christophe Sotin, Grégoire Danger.


  • Résumé

    La spectrométrie de masse joue un rôle clef dans l’exploration spatiale, notamment dans la caractérisation de la matière organique présente sur de nombreux objets du Système Solaire. Dans ce manuscrit, l’accent est particulièrement mis sur Titan, présentant une chimie organique complexe initiée dans son ionosphère et se répercutant jusqu’à sa surface. Les spectromètres de masse embarqués à bord de la mission Cassini-Huygens ont permis de nombreuses détections de composés organiques. Cependant, les limites instrumentales d’un point de vue analytique poussent la communauté scientifique à se pencher sur de nouvelles techniques de spectrométrie de masse dites à haute résolution (HRMS).Mon travail de thèse s’est inscrit dans le développement d’un nouveau type d’analyseur en masse basé sur la technologie Orbitrap, instrumentation HRMS de laboratoire, pour une application spatiale. Ce projet se nomme CosmOrbitrap. L’objectif s’est ainsi concentré sur les possibilités d’analyse de la matière organique avec une configuration instrumentale simple et compacte couplant directement l’analyseur CosmOrbitrap à une ionisation par ablation laser (LAb-CosmOrbitrap), dans un contexte de future mission spatiale. L’identification univoque de composés organiques purs ou formant des mélanges complexes, la démonstration des performances en termes de résolution, de précision en masse et d’étude des rapports isotopiques mais également l’influence de la pression sur la résolution en masse obtenue sur des composés organiques sont détaillées dans ce manuscrit. L’analyse de la matière brute d’analogues d’aérosols de Titan synthétisés en laboratoire (tholins) montre un cas d’étude concret sur les capacités du LAb-CosmOrbitrap à permettre une analyse chimique profonde des échantillons représentatifs d’un environnement d’intérêt exobiologique.

  • Titre traduit

    Analyses of organic matter with a new mass spectrometer based on CosmOrbitrap in the framework of a new space mission


  • Résumé

    Mass spectrometry is a key tool in space exploration, for the analysis of organic matter of many Solar System bodies. In this dissertation, we mainly focus on Titan. This amazing object in the Solar System shows a very rich organic chemistry from the ionosphere to the surface. Mass spectrometers aboard the Cassini-Huygens spacecraft have allowed the detection of many organic compounds. However, instrumental limits in terms of analytical performances lead scientists to develop new high resolution mass spectrometry techniques (HRMS).My PhD is rooted to the development of a new high resolution mass analyzer based on the Orbitrap technology, for a space application. This project is named CosmOrbitrap. The efficiency of a simple and compact instrumental version of CosmOrbitrap coupled with a laser ablation ionization process (LAb-CosmOrbitrap) is demonstrated on organic matter analyses in the framework of a future space mission. Univocal identification of pure organics compounds and complex organic mixtures, analytical performances such as mass resolving power, mass accuracy and isotopic abundances determination as well as the impact of the pressure on the mass resolution of organics are part of this dissertation. The study of laboratory analogs of Titan aerosols (named tholins) shows capabilities of the LAb-CosmOrbitrap to provide a deep chemical analysis of exobiological environment.


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