Recherche d'indices de vie ou d'habitabilité sur mars : simulation en laboratoire des processus d'évolution de molécules organiques à la surface de mars

• Auteur / Autrice : Olivier Poch
• Direction : Patrice Coll, Cyril Szopa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie de la pollution atmosphérique et physique de l'environnement
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Exobiologie

Oxydation

Irradiation

Évolution moléculaire

Minéralisation (biologie)

Mars (planète)

Résumé

Comprendre l'évolution des molécules organiques sur Mars est un enjeu majeur pour interpréter et guider les analyses in situ cherchant à savoir si Mars a réuni des conditions favorables à l'émergence de la vie. Au cours de son histoire, Mars a pu connaître diverses sources de molécules organiques. Mais les conditions environnementales actuelles en surface - rayonnement UV, oxydants, particules énergétiques - peuvent générer des processus physico-chimiques faisant évoluer ces molécules. Ce travail présente l'investigation en laboratoire des impacts qualitatif et quantitatif du rayonnement UV et des processus d'oxydation - représentatifs de la surface de Mars - sur une sélection de molécules organiques. Pour chacune, la nature des produits d'évolution (solides ou gazeux) et les paramètres cinétiques (temps de vie extrapolés à la surface de Mars, rendements quantiques) ont été déterminés. Les résultats indiquent que l'exposition de certaines molécules au rayonnement UV conduit à court terme à la formation de résidus solides, probablement de nature macromoléculaire, pouvant contribuer à une stabilité sur le long terme. D'autre part, l'étude de l'évolution de molécules en interaction chimique avec une argile présente à la surface de Mars, la nontronite, a permis de mettre en évidence pour deux molécules un effet protecteur marqué vis-à-vis du rayonnement UV, mais pas d'effet catalytique des processus d'altération, et pour une autre une réactivité particulière avec un possible effet catalytique. Enfin, les paramètres cinétiques déterminés fournissent des données d'entrée essentielles pour la modélisation numérique spatiale du réservoir actuel de molécules organiques sur Mars.

Understanding the chemical evolution of organic molecules at Mars is of major interest n order to drive and discuss past, present and future in situ analyses aiming to determine if Mars had ever seen life's emergence. Through Mars' history, organic molecules could have been produced or delivered by multiple pathways. But current environmental conditions at the surface - UV radiation, oxidants and energetic particles - can generate physico-chemical processes that may affect organic molecules. This thesis brings some answers to this question by performing laboratory investigations dedicated to monitor qualitative and quantitative evolutions of selected organic molecules under simulated Martian surface ultraviolet light, mean temperature and pressure. For each organic molecule, the nature of the evolution products (solid or gaseous) and the kinetic parameters (extrapolated half-life at Mars, quantum yields) were determined experimentally. The results show that when exposed to UV radiation, specific organic molecules lead to the formation of solid residues, probably of macromolecular nature, which could reach long term stability. On the other hand, the study of the evolution of molecules in presence of nontronite, a clay mineral detected at the surface of Mars, highlights a strong protective effect of the clay reducing dissociation rates for some molecules, whereas a possible catalytic effect is tentatively observed for one studied molecule. Finally, the kinetic parameters provide essential inputs for numerical modeling of Mars' current reservoir of organic molecules.