S.E.M.A.Ph.Or.E Cométaire

 Simulation Experimentale et Modélisation Appliquées aux Phénomènes Organiques dans l'Environnement Cométaire

Ce travail s’inscrit dans l’étude générale du noyau cométaire et de son environnement proche. Il vise à développer des modèles d’évolution chimique de matériaux pouvant conduire à des structures organiques complexes, et à la limite au vivant, question clé du domaine de l’exobiologie.
Il s'agit plus précisément d'essayer de mieux comprendre les mécanismes qui régissent la dégradation de la matière organique présente dans les glaces et les poussières cométaires lorsque celles-ci sont soumises au réchauffement et au bombardement de photons, qui se produisent lorsque les comètes entrent dans la périphérie solaire.
Il n'existe actuellement aucune indication directe sur la composition chimique en molécules complexes des noyaux cométaires. L’étude doit nous amener à connaître les corrélations entre la composition de la phase solide et celle de la phase gazeuse, ce qui permettra d'émettre des hypothèses quant à la composition réelle du noyau des comètes du point de vue de la matière organique.
Le passage récent de deux comètes particulièrement actives (Hyakutake et Hale-Bopp) qui a permis la détection de nouvelles molécules, et la perspective des missions spatiales Rosetta et DS4, ont donné une impulsion nouvelle aux recherches cométaires. Ces dernières visent à mieux comprendre la formation du système solaire ainsi que l’apparition de la vie sur Terre. De plus, les données que nous cherchons à obtenir font toujours défaut aux modèles qui décrivent la chimie cométaire et tentent d’interpréter les observations de sources étendues pour certains composés.
Ce travail a donc une position centrale dans l'étude de la chimie cométaire et aura une incidence directe plus particulièrement sur la mission ROSETTA, tant du point de vue de sa préparation que de l'interprétation de ses futurs résultats.
 

Stratégie de recherche :

Nous avons développé un réacteur spécifique où sont déposés et photolysés des composés organiques complexes susceptibles d’être présent dans le noyau cométaire (polyoxyméthylene, hexaméthylène tétramine, etc...). L’analyse des produits issus de cette photolyse, ainsi que l’étude de leur évolution en phase gazeuse, seront effectuées grâce à une chambre de simulation expérimentale existant déjà au LISA. Cette dernière permet d'étudier en continu par spectroscopie infrarouge à transformées de Fourier, et par spectroscopie U.V., l'évolution d'un mélange gazeux soumis à un rayonnement.
La démarche est différente de ce qui a été effectué jusqu'à présent. Il ne s'agira pas d'étudier les produits lourds formés à partir de mélanges simples (H2O, NH3, CO), mais la dégradation de produits dont on pense qu'ils sont présents dans les glaces et les poussières. Ces molécules peuvent être des composés aromatiques comme le benzène, la pyridine et des PAHs. Il peut aussi s'agir de polymères organiques comme ceux formés à partir de H2CO (tel le polyoxyméthylène) ou des organoazotés formés à partir de HCN, ainsi que d'autres composés d'intérêt prébiotique : acides aminés, petits peptides, sucres, bases puriques et pyrimidiques. Il est intéressant d'étudier les mécanismes de décomposition de ces molécules sous l'influence de photons, lors de leur sublimation. Ceci aidera en effet à comprendre l'origine des molécules plus légères qui ont déjà été détectées (H2CO, HCN, CH3OH), à prévoir la présence de nouvelles molécules, et permettra de fournir des données précieuses pour l'élaboration de modèles numériques décrivant de tels processus.
 

Publication sur le sujet :

Cottin, H., S. Bachir, F. Raulin, and M.C. Gazeau, Photodegradation of Hexamethylenetetramine by VUV and its relevance for CN and HCN extended sources in comets, Advances in Space Research, in Press.
Cottin, H., M.C. Gazeau, P. Chaquin, Y. Bénilan, and F. Raulin, Experimental and theoretical studies on the gas/solid/gas transformation cycle in extraterrestrial environments, Journal of Geophysical Research (Planets), in press.
Cottin, H., M.C. Gazeau, Y. Bénilan, and F. Raulin, Polyoxymethylene as parent molecule for the formaldehyde extended source in comet Halley, The Astrophysical Journal, 556 (1), 417-420, 2001.
Cottin, H., M.C. Gazeau, J.F. Doussin, and F. Raulin, S.E.M.A.Ph.Or.E COMETAIRE, a tool for the study of the photochemical decomposition of probable cometary large organic molecules. First application : Polyoxymethylene, Physic and Chemistry of the Earth, 24 (C) (5), 597-602, 1999.
Cottin, H., M.C. Gazeau, J.F. Doussin, and F. Raulin, An experimental study of the photodegradation of polyoxymethylene at 122, 147 and 193 nm, Journal of photochemistry and photobiology, 135 (A : Chemistry), 53-64, 2000.