Search for clues of life or habitability on Mars: Laboratory simulation of the evolution of organic molecules at the surface of Mars
Recherche d'indices de vie ou d'habitabilité sur Mars : Simulation en laboratoire de processus d'évolution de molécules organiques à la surface de Mars
Résumé
Understanding the chemical evolution of organic molecules at the surface of Mars is of major interest in order to drive and discuss past, present and future in situ analyses aiming to determine if Mars had ever seen life's emergence. Through Mars' history, organic molecules could have been produced by multiple pathways (either abiotic, prebiotic or biological) or delivered by the meteoritic incoming flow. But after Mars lost its magnetic field and then the main part of its atmosphere, ultraviolet radiation, oxidants, solar particles and cosmic rays, can generate physico-chemical processes that may affect organic molecules. What is the evolution of organic molecules potentially present at the surface? This thesis brings some answers to this question by performing laboratory investigations dedicated to monitor qualitative and quantitative evolutions of selected organic molecules under simulated Martian surface ultraviolet light, mean temperature and pressure. Optimization of the MOMIE (for Mars Organic Molecule Irradiation and Evolution) simulation setup along with an appropriate analysis protocol were used to determine the nature of the evolution products (solid or gaseous) and the kinetic parameters (extrapolated half-life at Mars, quantum yields) of each molecule. The results show that when exposed to UV radiation, specific organic molecules lead to the formation of solid residues, probably of macromolecular nature, which could reach long term stability. On the other hand, the study of the evolution of molecules in presence of nontronite, a clay mineral present at the surface of Mars, highlights a strong protective effect of the clay reducing dissociation rates for some molecules, whereas a possible catalytic effect is tentatively observed for one studied molecule. Finally, the kinetic parameters determined for each of the studied molecules provide essential inputs for numerical modeling of Mars' current reservoir of organic molecules.
Comprendre l'évolution de la matière organique sur Mars est un enjeu majeur pour interpréter les analyses passées, présentes, et conduire les analyses futures des sondes d'exploration in situ destinées à déterminer si Mars a pu réunir des conditions favorables à l'émergence de la vie. Depuis la planète Mars primitive jusqu'à aujourd'hui, des molécules organiques ont pu être produites par de multiples voies de formation (abiotiques, prébiotiques, voire biologiques) ou apportées sur Mars via le flux météoritique incident. Mais depuis 3 milliards d'années, suite à la perte du champ magnétique de la planète puis d'une grande partie de son atmosphère, le rayonnement ultraviolet, la présence d'oxydants, les particules solaires et les rayons cosmiques peuvent générer des processus physico-chimiques faisant évoluer les molécules organiques à la surface de Mars. Dans ce contexte, quelle est l'évolution des potentielles molécules organiques présentes en surface ? Ce travail présente l'investigation en laboratoire des impacts qualitatif et quantitatif du rayonnement UV et des processus d'oxydation - représentatifs de la surface de Mars - sur une sélection de molécules organiques. L'optimisation du dispositif de simulation MOMIE (pour Mars Organic Molecule Irradiation and Evolution) et la mise en place d'un protocole d'analyse adapté ont permis de déterminer la nature des produits d'évolution (solide ou gazeux) et les paramètres cinétiques (temps de vie extrapolés à la surface de Mars, rendements quantiques) de chaque molécule. Les résultats obtenus indiquent que l'exposition de certaines molécules organiques au rayonnement UV conduit à court terme à la formation de résidus solides, probablement de nature macromoléculaire, pouvant contribuer à une stabilité sur le long terme. D'autre part, l'étude de l'évolution de molécules en interaction chimique avec une argile présente à la surface de Mars, la nontronite, a permis de mettre en évidence pour certaines molécules un effet protecteur marqué vis-à-vis du rayonnement UV, mais pas d'effet catalytique des processus d'altération, et pour d'autres une réactivité particulière avec un possible effet catalytique. Enfin, les paramètres cinétiques déterminés pour chacune des molécules étudiées fournissent des données d'entrée essentielles pour la modélisation numérique spatiale du réservoir actuel de molécules organiques sur Mars.
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