Le vivant se compose d’une diversité d’éléments chimiques, les C, H, N, O, P, S, qui définissent sa structure organique à l’échelle moléculaire. Néanmoins l’origine de cette composition organique complexe et de l’incorporation des hétéro-éléments N, O, P, S demeure à ce jour énigmatique. Pour y répondre, la caractérisation des réservoirs organiques primitifs est indispensable afin de mettre en lumière la transition de l’organique abiotique à l’organique biologique.

Parmi ces réservoirs primordiaux, source de matière organique, l’atmosphère de la Terre primitive hadéenne a pu jouer un rôle prépondérant via la photochimie. L’exploration du système solaire au cours des dernières décennies a contribué à montrer que la chimie atmosphérique pouvait être une source de matière organique complexe.

L’étude de Titan et de son atmosphère dense par la mission Cassini (2004-2017) a notamment révélé l’existence d’une chimie avancée conduisant, à partir de ses principaux volatiles N₂ et CH₄, à la formation d’aérosols (particules solides) organiques. Les observations de Cassini couplées aux expériences de  laboratoire reproduisant  la chimie atmosphérique de Titan ont mis en évidence la complexité moléculaire de ces aérosols ainsi que leur forte teneur en azote. La caractérisation de la structure de ces aérosols a également apporté des contraintes sur leurs mécanismes de formation, mettant en avant certaines voies réactionnelles de complexification organique potentiellement actives dans l’atmosphère primitive.
Néanmoins la photochimie de l’atmosphère primitive ne peut se restreindre à celle de l’atmosphère de Titan. Si la composition de l’atmosphère primitive hadéenne n’est pas contrainte à ce jour, il est très vraisemblable que celle-ci ait significativement différé de celle de Titan.

L’atmosphère primitive a notamment pu accueillir une plus grande diversité d’éléments chimiques à savoir le carbone, l’hydrogène, l’azote, mais aussi l’oxygène et le soufre. Ces deux derniers éléments ont pu être émis en quantité significative dans l’atmosphère principalement via l’activité volcanique et le dégazage magmatique supposés particulièrement intenses à l’hadéen.

Dans cette thèse nous avons cherché à approcher le fruit de cette photochimie hadéenne chimiquement diversifiée en produisant et caractérisant des aérosols organiques intégrant l’ensemble de ces éléments chimiques C, H, N, O, S. Cette démarche vise à mettre en lumière de nouveaux composés organiques et de nouvelles voies réactionnelles pour comprendre la chimie des origines.

Pour former ces aérosols chimiquement diversifiés, nous nous sommes appuyés sur une matrice organique complexe, bien caractérisée et riche en carbone, azote et hydrogène : les analogues d’aérosols de Titan, également appelés tholins. Nous avons exploré des conditions propices à l’incorporation d’oxygène et de soufre au sein de cette matrice. La caractérisation des aérosols organiques ainsi produits a révélé la formation de nouveaux composés organiques oxydés et organo-soufrés. Parmi cette diversité de nouvelles fonctions chimiques, on identifie principalement, pour le soufre, des thiocyanates (RSCN) et des isothiocyanates (RNCS), et pour l’oxygène, de l’urée ainsi que des dérivés d’acides carboxyliques. Les mécanismes de formation de ces composés sont dominés par des processus hétérogènes se déroulant à la surface des grains.

La soutenance s’effectuera en anglais et sera suivie d’un pot dans le réfectoire du laboratoire.

Lieu
LATMOS, 11 Boulevard d’Alembert 78280 Guyancourt, Amphithéâtre Mégie

Visio
https://uvsq-fr.zoom.us/j/93468925528?pwd=NxOQD0G5hmcoaHahwR7ZSQ8DvZ7Dzz.1

Membres prenant part à la délibération

• Franck Lefevre, Président, Directeur de recherche, LATMOS Jussieu
• Véronique Vuitton, Rapporteuse, Directrice de recherche CNRS, IPAG Grenoble
• François Dulieu, Rapporteur, Professeur des universités, LERMA Cergy
• Ellie Browne, Examinatrice, Associate professor, CIRES Boulder USA
• Johanna Marin-Carbonne, Examinatrice, Associate professor, Université Lausanne Suisse

Direction

• Nathalie Carrasco, Directrice de thèse, Professeure des universités, LATMOS, ENS Paris-Saclay,
• Maeva Millan, Co-directrice, Chargée de recherche CNRS, LATMOS