Thèse soutenue

Développement d'analyseur de chromatographie en phase gazeuse à base de composants MEMS pour l'exploration in-situ d'environnements planétaires
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Auteur / Autrice : Leïla Bouchra
Direction : Cyril SzopaArnaud Buch
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
Date : Soutenance le 13/12/2021
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Atmosphères, observations spatiales (Guyancourt, Yvelines ; 2009-....)
référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Valérie Ciarletti
Examinateurs / Examinatrices : Karine Mougin, Valérie Peulon-Agasse, Fabien Borget
Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Mougin, Valérie Peulon-Agasse

Résumé

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La recherche de molécules organiques dans le système solaire est une étape importante dans notre compréhension des origines de la vie et la recherche de vie extraterrestre. Pour rechercher et caractériser cette matière organique dans le système solaire, l'analyse chimique in situ est un outil nécessaire qui vient compléter les observations faites à distance. Parmi les techniques analytiques utilisées dans ce contexte, la spectrométrie de masse seule ou couplée à la chromatographie en phase gazeuse est le plus souvent utilisée depuis la mission Viking en 1976, que ce soit pour l'étude de la composition de la surface de Mars, des atmosphères de Vénus, Titan, ou de la surface de la comètes 67P.La chromatographie en phase gazeuse a été choisie pour son intérêt analytique, à savoir séparer les composants présents dans un mélange gazeux, et pour sa relative simplicité permettant sa spacialisation. Mais compte tenu de l'évolution des missions spatiales et des ressources qui peuvent être alouées au fonctionnement des instruments scientifiques à bord des sondes, les instruments spatiaux visent à être miniaturisés et consommer moins de resources. La chromatographie en phase gazeuse n'échappe pas à cette règle et l'émergence de nouvelles technologies, telles que les MEMS, pourrait permettre dans les années à venir de réduire drastiquement la masse, le volume, et l'énergie requise pour l'utilisation de ce type d'instrument, ouvrant des perspectives d'utilisation dans un nombre de missions plus nombreuses, ou embarquant des petites charges utiles.L'objectif de cette thèse est de travailler à cette miniaturisation en utilisation les technologies MEMS dans un objectif de spatialisation pour l'exploration du système solaire. Dans ce cadre, j'ai étudié et contribué à l'amélioration des performances analytiques de composants MEMS nécessaires à procéder à l'analyse chromatographie (i.e. injecteur, colonne, détecteurs) pour aboutir à des composants qui pourraient être envoyés dans un instrument spatial. J'ai ensuite travaillé au développement et aux tests d'un premier prototype de chromatographie rassemblant les différents composants testés pour évaluer la qualité de l'analyse obtenue avec cet instrument. Si des améliorations restent à effectuer en vue d'une réelle spatialisation, ce travail a abouti à un prototype démontrant la capacité d'un chromatographie MEMS pouvant être adapté aux conditions spatiales, à effectuer des analyses performantes de molécules organiques. Ce travail a permis de déboucher sur la mise en place actuellement d'études techniques visant à développer un prototype plus proche d'un instrument spatial de vol.