Structure moléculaire de la matière organique insoluble (MOI) déposé à partir d'un plasma organique : Comparaison avec le MOI isolé de météorites carbonées

The Molecular structure of the Insoluble Organic Matter (MOI) deposited from organic plasma : Comparison with IOM isolated from carbonaceous meteorites

• Auteur / Autrice : Katarzyna Biron
• Direction : François Robert, Sylvie Derenne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Histoire de la Terre
• Date : Soutenance le 02/05/2016
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (Paris ; 1997-....) - Milieux environnementaux, transferts et interactions dans les hydrosystèmes et les sols (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Carrasco
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Carrasco, Pierre Adam, Louis d' Hendecourt, Bernard Marty
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Adam, Louis d' Hendecourt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Météorites

Hétéroatomes

Mots clés libres

Météorites

Matière organique insoluble

Heteroatomes

Carbonaceous Meteorites

Insoluble organic matter

Heteroatoms

Résumé

Les météorites carbonées sont les objets les plus primitifs du système solaire. Ils contiennent jusqu'à 4 % de carbone, principalement présent sous forme de matière organique insoluble (MOI). Celle-ci contient des informations essentielles sur les processus d’organo-synthèse qui se déroulent dans le système solaire, qui sont jusqu'ici mal compris. Un modèle statistique a été récemment proposé pour la structure moléculaire de la MOI ainsi qu'une voie de synthèse possible pour le squelette hydrocarboné de cette macromolécule (Derenne et Robert, 2010). Le premier objectif de ce travail était de tester expérimentalement cette voie avec un plasma organique comme source de radicaux CHx. Ce dispositif a permis la formation de matière organique soluble et insoluble. La MOI a été analysée par les mêmes techniques que celles utilisées précédemment pour la MOI chondritique, révélant de nombreuses similitudes entre les deux matériaux et validant le mécanisme proposé. En outre, des analyses NanoSIMS ont révélé, à une résolution spatiale sub-micrométrique, de grandes variations isotopiques qui sont du même ordre de grandeur que celles observées dans la MOI chondritique. Ensuite, la source des hétéroatomes (N et O) dans la MOI a été expérimentalement étudiée en ajoutant des précurseurs contenant des heteroelements aux radicaux hydrocarbonés. En ce qui concerne l'azote, deux types de précurseurs ont été considérés : l’hexylamine comme source d'hydrures et l'azote moléculaire N2. Bien que les deux précurseurs conduisent à l'incorporation d'azote dans la MOI, les hydrures d'azote semblent être plus pertinents, d’après la nature des fonctions azotées formées. Deux types d'expériences ont été effectuées afin d'étudier la source potentielle d'oxygène dans la MOI chondritique. Elles ont été conçues pour tester les deux principaux scénarios proposés pour rendre compte de la présence d’oxygène dans la MOI chondritique : soit l’altération aqueuse sur le corps parent ou l’incorporation d’oxygène pendant l’organo- synthèse dans la nébuleuse solaire primitive. Lors de l’expérience simulant l'altération aqueuse, la composition chimique de la matière organique soluble et insoluble est en accord avec ce qui est observé dans la matière organique des météorites. En revanche, aucun élément en faveur de l'incorporation directe d’oxygène par des radicaux OH n’a pu être apporté.

Carbonaceous meteorites are the most primitive objects of the solar system. They contain up to 4% of carbon, mainly occurring as insoluble organic matter (IOM). This IOM contains key information about the organo-synthesis processes taking place in the Solar System, which are so far poorly understood. A statistical model was recently proposed for the IOM molecular structure along with a possible synthesis pathway for its hydrocarbon backbone (Derenne and Robert, 2010).The first aim of this work was to test experimentally this pathway using an organic plasma as a source of CHx radicals. This device allowed the formation of both soluble and insoluble OM. The IOM was analyzed through the same techniques as those previously used for the chondritic IOM, revealing numerous similarities between both materials and thus supporting the proposed pathway. Moreover, NanoSIMS analyses revealed large isotopic variations at a sub-micrometric spatial resolution that are commensurable with those observed in chondritic IOM.Then, the source of heteroatoms (N and O) into the IOM was experimentally investigated through the addition of heteroelement-containing precursors to the hydrocarbonaceous radicals. As for nitrogen, two types of precursors were considered: hexylamine as a source of nitrogen hydrides and N2. Although both precursors led to nitrogen incorporation in the IOM, nitrogen hydrides seem to be more relevant based on the nitrogen speciation. Two types of experiments were performed to investigate the potential source of oxygen in the chondritic IOM. They were designed to address the two main scenarios proposed in the literature to account for the origin of the oxygen in the chondritic IOM: either aqueous alteration on the asteroidal parent body or O incorporation during the organo-synthesis in the primitive solar nebula. When the aqueous alteration is mimicked, the chemical composition of the SOM and IOM makes this pathway a reasonable source of the chondrite oxygen moieties. In contrast, no evidence for direct incorporation of O from OH radicals could be brought.