Evaluation de l'habitabilité de la surface de Mars en inventoriant la matière organique avec les expériences spatiales SAM (mission MSL) et MOMA (mission Exomars)

Assessment of the habitability of Mars' surface through the inventory of organic matter with the SAM (MSL mission) and MOMA (Exomars mission) space experiments

• Auteur / Autrice : Ophélie Mcintosh
• Direction : Cyril Szopa, Guido Risaliti, John Brucato, Caroline Freissinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Soutenance le 27/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Università degli Studi di Firenze
• 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-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Franck Montmessin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cornelia Meinert, Alessandra Rotundi, Paola Manini
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cornelia Meinert, Alessandra Rotundi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chromatographie gazeuse-spectrométrie de masse

Rayonnement ultraviolet

Sels

Mars Exploration Rover

Chimie analytique

Chimie organique

Mots clés libres

Molécules organiques

Analyse in situ

Sels

Gc-Ms

Mars

Radiation UV

In situ analysis

Organic molecules

Salts

Mars

Gc-Ms

UV radiations

Résumé

Ma thèse de doctorat porte sur la détection de molécules organiques sur Mars. Je présente l'influence des sels sur la préservation et la détectabilité de ces molécules. En effet, des sels de chlorure ont été observés à plusieurs endroits sur Mars, mais les conséquences de leur présence dans des échantillons contenant de la matière organique restent à explorer. J'ai mené des expériences en laboratoire pour reproduire les conditions dans lesquelles les échantillons martiens sont traités in situ par les suites instrumentales à bord de plusieurs sondes martiennes. J'ai travaillé sur un ensemble spécifique d'instruments présents dans la charge utile des sondes martiennes Viking, Curiosity et Rosalind Franklin afin d'analyser la composition moléculaire des échantillons de la surface de Mars : La chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). J'ai d'abord testé l'influence des sels de chlorure et d'une matrice de phyllosilicate sur la préservation des composés organiques soumis au rayonnement UV. Les résultats de cette étude ont montré que les sels de chlorure avaient le potentiel de préserver les molécules organiques de la dégradation photocatalytique et pouvaient donc représenter d'excellents candidats pour l'analyse moléculaire des échantillons martiens. Ces résultats ont conduit à explorer l'influence des sels de chlorure sur plusieurs composés organiques d'intérêt pour l'astrobiologie au cours d'expériences de pyrolyse-GC-MS. J'ai montré que lors de l'analyse, la présence de ces sels pouvait gêner la détection des composés organiques mais aussi former des précurseurs de composés chlorés, comme cela a déjà été détecté sur Mars. Enfin, l'interaction entre les phases inorganiques et organiques dans l'environnement martien et lors des analyses in situ m'a amené à explorer la détectabilité d'un autre type de composés : les sels organiques aromatiques. Les sels organiques sont des molécules réfractaires, difficiles à détecter. J'ai utilisé les techniques de pyrolyse et de dérivatisation GC-MS utilisées dans les instruments de vol pour comprendre le comportement et la signature de ces composés. Malgré leur nature non volatile, j'ai découvert qu'ils pouvaient être indirectement identifiés en combinant ces différentes techniques. Dans l'ensemble, cette thèse de doctorat vise à faciliter l'interprétation des données in situ obtenues par les instruments embarqués à bord des anciennes, actuelles et futures missions martiennes, ainsi qu'à guider la recherche d'échantillons susceptibles de contenir des biosignatures.

My Ph.D. thesis focuses on the detection of organic molecules on Mars. I will present the influence of salts on the preservation and detectability of organic molecules at the Mars surface. Chloride salts have been observed at several locations on Mars, but the consequences of their presence in samples containing organic matter are yet to be explored. I conducted laboratory experiments to reproduce conditions in which Martian samples are processed in situ by the instrument suites onboard several Martian probes. I worked on a specific set of instruments present in the analytical chemistry payload of the Viking, Curiosity, and Rosalind Franklin Mars surface probes to analyze in situ the molecular composition of Mars surface samples: Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS). I first tested the influence of chloride salts and a phyllosilicate matrix on preserving organic compounds subjected to UV radiation reaching the Mars surface. The results of this study showed that chloride salts had the potential to preserve organic molecules from photocatalytic degradation and could represent, therefore, excellent candidates for sample analysis. These results led to exploring the influence of chloride salts on several organic compounds of interest for astrobiology during pyrolysis-GC-MS experiments. I showed that during molecular analysis, the presence of these salts could hinder the detection of organic compounds but could also form precursors of chlorinated compounds, as already detected on Mars. Finally, the interaction between inorganic and organic phases in the Martian environment and during in situ analyses led me to explore the detectability of another type of compound: aromatic organic salts. Organic salts are refractory molecules, challenging to detect. I used pyrolysis and derivatization GC-MS techniques as used in the flight instruments to understand the behavior and signature of these compounds. Despite their non-volatile nature, I found that they could be indirectly identified by combining these different techniques. Overall, this Ph.D. thesis aims to help interpreting in situ data as performed by the instruments onboard former, current, and future Martian missions, as well as guide the search for samples that could contain preserved biosignatures.