Synthèse de matière organique analogue à celle des météorites carbonées

Axe 5 - Matériaux en conditions extrêmes

Thèse de Kasia WLODAREK-BIRON

Soutenue le 2 mai 2016.

Laboratoires co-porteurs

• Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie 
  Directeur de thèse : Matthieu Micoulaut
  Équipe : Simulations moléculaires et modélisation des liquides, des verres et des géomatériaux
• Laboratoire Chimie de la Matière Condensée de Paris
• Laboratoire de Géologie de l’Ecole normale supérieure

Mots clés

Analyse - Composition - Heteroatomes - Hétéroatomes - Matière organique insoluble - Météorites

Résumé

Les météorites carbonées sont les objets les plus primitifs du système solaire. Elles contiennent jusqu’à 4% de carbone qui se trouve principalement sous la forme de matière organique insoluble (MOI). Cette MOI recèle des informations clés sur l’histoire du système solaire et les processus d’organo-synthèse qui s’y déroulent, processus qui sont actuellement très mal connus. La MOI présente également un intérêt en exobiologie car elle contient des signatures extra-terrestres, caractéristiques qui la différencient de la matière organique terrestre la plus ancienne (2 à 3.5 milliards d’années). Il est donc essentiel de bien connaître sa structure chimique. Toutefois, son caractère insoluble et réfractaire rend difficile sa caractérisation au niveau moléculaire et requiert la mise en œuvre d’un grand nombre de techniques analytiques.

De tels travaux ont été menés au cours de la dernière décennie et nous y avons largement contribué. Nous avons ainsi étudié la MOI de plusieurs météorites carbonées par diverses méthodes spectroscopiques (Infra-rouge à transformée de Fourier (IRTF), résonance magnétique nucléaire (RMN) du carbone13 et de l'azote 15 à l’état solide, résonance paramagnétique électronique (RPE), microspectrométrie Raman, par des dégradations chimiques (oxydation au RuO4) et thermiques (pyrolyses avec ou sans agent méthylant), par des observations en microscopie électronique en transmission à haute résolution (METHR) et par différentes techniques de Résonance Paramagnétique Electronique (RPE).

L’ensemble des informations acquises au cours de ces études a permis de proposer un modèle de structure moléculaire pour cette MOI. Ce modèle suggère une voie de synthèse que nous voudrions tester en laboratoire, en nous limitant dans un premier temps au squelette hydrocarboné de la structure. L’objectif de ce projet est donc de réaliser une synthèse de MO analogue au squelette hydrocarboné de la MOI des météorites dans des conditions plausibles régnant dans le disque circumsolaire au moment de la formation des premiers solides du système solaire. Les produits de cette synthèse seront ensuite caractérisés par les mêmes techniques que celles précédemment employées pour déterminer la structure moléculaire de la MOI des météorites.

Publications

• Kasia Biron, Sylvie Derenne, François Robert, Jean-Noël Rouzaud.
  Toward an experimental synthesis of the chondritic insoluble organic matter
  Meteoritics and Planetary Science, Wiley, 2015, 50 (8), pp.1408-1422.
  DOI : 10.1111/maps.12477
  Ref HAL : hal-01204656v1
• François Robert, Sylvie Derenne, Guillaume Lombardi, Khaled Hassouni, Armelle Michau et al.
  Hydrogen isotope fractionation in methane plasma
  Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , National Academy of Sciences, 2017, 114 (5), pp.870-874.
  DOI : 10.1073/pnas.1615767114
  Ref HAL : hal-01502191v1

Interventions et colloques

• 2013 : a poster session at the 12th Non-Crystaline Matérials conference (Trento)
• 2013 : 20 minutes oral presentation at the 7th Internation Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems (Barcelone)
• 2014 : 20 minutes oral presentation at the Glass and Optical Materials Division (Aix-La-Chapelle)
• 2014 : 20 minutes oral presentation at the Borate and Phosphate Conference Glasses (Prague)