Demi-journée du thème "Systèmes solaires" : retour sur Vénus

29/11/2022 13:30

Climat et Impacts

23/11/2022 09:00

Webinales de la plateforme PRAMMICS de l'OSU-EFLUVE : présentation du pôle inorganique (4e édition)

22/11/2022 10:30

Forests, climate, and tree rings: forecasting the future state of complex systems

17/05/2022 11:00

Margaret Evans travaille à l’University of Arizona.

Géophysique en forage, nouvelles approches et perspectives pour le suivi temporel

16/05/2022 12:00

Séminaire de Philippe Pezard (UMR Géosciences Montpellier) au METIS-IPSL.

Developments in paleoenvironmental studies. Part I Sediment cores and seabird colonies

13/05/2022 12:00

Jules Blais, professeur à l’université d’Ottawa, donne un cycle de 3 séminaires les 13, 20 et 24 mai 2022. Ce cycle est organisé par le METIS-IPSL.

Quantifier et comprendre la stabilité biogéochimique du carbone organique dans les sols français

13/12/2023 14:00

Le carbone organique du sol (COS) a une importance cruciale pour le fonctionnement des sols et les régulations climatiques. Le stock de COS se divise en plusieurs compartiments cinétiques : COS « actif » facilement minéralisable par les microorganismes et COS « stable » considéré comme inerte à l’échelle du siècle. Ce dernier affecte fortement les simulations d’évolution des stocks de COS, or il n’existait jusqu’à présent aucune méthode robuste permettant d’initialiser en routine la taille des compartiments cinétiques des modèles.

Récemment, des liens entre stabilités biogéochimique et thermique du COS ont été démontrés. Plus spécifiquement, l’équipe dans laquelle j’effectue ma thèse a développé un modèle d’apprentissage statistique permettant de quantifier en routine et de manière robuste la proportion de COS stable dans une large gamme de sols en Europe du Nord-Ouest (Cécillon et al., 2018) à partir de résultats d’analyse thermique Rock-Eval®.

L’objectif de mon travail de thèse est :

1. de comprendre ce qui détermine la quantité de COS stable dans un sol en corrélant les résultats des analyses thermiques avec les métadonnées déjà disponibles (pH, conditions pédoclimatiques, etc.) et de fournir un référentiel d’interprétation des données Rock-Eval dans les sols français à l’aide de cette méthode appliquée au RMQS, un réseau unique de 2240 sites d’étude répartis uniformément en France,
2. de corréler les teneurs en COS stable avec les données de fractionnement POM/MaOM,
3. d’analyser le lien entre les données de minéralogie, explorées par diffraction des rayons X, et la stabilité du COS, et
4. d’estimer l’évolution des stocks de COS entre les 2 campagnes de prélèvement du RMQS. Ce travail améliorera notre connaissance des processus expliquant la stabilité du COS et permettra une estimation plus précise du caractère source ou puits de C des sols français à horizon 2050.

Caractérisation de la matière réfractaire des particules de poussières de la comète 67/Churyumov-Gerasimenko

13/12/2023 14:30

La sonde Rosetta a étudié la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko de 2014 à 2016. Parmi les 21 instruments embarqués, le spectromètre de masse d’ions secondaires à temps de vol COSIMA (COmetary Secondary Ions Mass Analyzer), a collecté, photographié et analysé in situ près de 35 000 particules de poussières, ou fragments de particules, éjectés du noyau de la comète.

Grâce à COSIMA, la composition élémentaire de la matière réfractaire des particules cométaires a pu être caractérisée. Durant la quasi-totalité de la mission, les particules collectées ont été analysées sans traitement de surface préalable. L’ensemble des travaux publiés avant cette thèse portent sur ces analyses, caractéristiques de la surface des particules cométaires. Sur la base d’une trentaine de particules cométaires, il a été montré que ces dernières sont riches en carbone, et présentent une variabilité de composition pour les rapports N/C, C/Si et H/C. En fin de mission, quelques particules cométaires ont été analysées après une étape de pulvérisation. Lors de cette étape, la surface des échantillons est érodée, permettant d’analyser la composition de subsurface.

Le premier objectif de cette thèse a été d’estimer la variabilité de composition d’un maximum de particules cométaire en incluant autant d’éléments que possible. Pour ce faire, j’ai élaboré une méthodologie de sélection des spectres systématique et exhaustive, afin d’optimiser le traitement des 35 000 spectres de masses acquis par COSIMA. Au cours de ces travaux, je suis intéressée à l’entièreté des spectres acquis par COSIMA, dont les spectres post-pulvérisation.

Ces travaux, qui considèrent 11 éléments différents (H, C, O, Na, Mg, Al, Si, S, K, Ca et Fe), ont mis en évidence la diversité de composition élémentaire des particules cométaires, aussi bien en surface en qu’en subsurface. De plus, ils ont révélé, pour la première fois, une différence significative des compositions élémentaires de surface et de subsurface des particules cométaires. La composition élémentaire de la subsurface des particules cométaires est très similaire à celle des CP-IDPs. La surface des particules cométaires, présente un appauvrissement en éléments lourds (Mg, Fe, Al et Ca) par rapport à Si et par rapport aux chondrites de type CI. Au vu de l’épaisseur érodée, de l’amplitude et de la récurrence de ces appauvrissements, nous suggérons l’existence de rims pré-accrétionnelles, formées par irradiation à la surface des constituants des particules cométaires. Ces rims pourraient tout aussi bien être héritées du milieu interstellaire qu’avoir été formées dans les zones internes du disque protoplanétaire.

Le second objectif de cette thèse a été de poursuivre la caractérisation de la matière organique cométaire, ainsi que de contraindre son origine. La signature organique d’échantillons préparés dans des conditions représentatives des zones internes du disque protoplanétaire a montré des similitudes avec la signature organique cométaire de surface. En revanche, la signature de résidu organique produit dans les conditions des nuages moléculaires denses est significativement différente de la signature cométaire de surface. D’autre part, les spectres obtenus après la pulvérisation de la surface des particules cométaires contiennent des ions qui pourrait témoigner, de la présence d’unités aromatiques dans la matière organique des particules de 67P.

Détermination de sections efficaces à hautes températures et modélisation représentative des exoplanètes chaudes ciblées par ARIEL

05/12/2023 10:00

La grande diversité des mondes planétaires en dehors du Système Solaire est désormais établie depuis la découverte de la première exoplanète en 1995. Certaines de ces planètes extrasolaires ont la taille de Jupiter et orbitent à des distances très proches de leur étoile hôte, ce qui induit une importante photochimie au sein de leurs atmosphères et des températures allant jusqu’à 2000 K. Elles ont donc été baptisées Jupiters chauds.

Pour comprendre comment de telles planètes se sont formées et ont évoluées dans le temps, nous avons besoin de mieux connaître leurs caractéristiques physiques et chimiques. C’est l’un des principaux objectifs du JWST (James Webb Space Telescope), qui a déjà fourni la première preuve d’une photochimie active dans l’atmosphère d’un Jupiters chaud : WASP-39b. Ce sera aussi l’objectif de la mission ARIEL (Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-survey) dont le lancement est prévu pour 2029. Les observations de ces télescopes peuvent être prédites et interprétées grâce à des modèles photo-thermochimiques qui calculent les profils d’abondance des espèces chimique de l’atmosphère. Or, certaines données utilisées dans ces modèles ne sont pas connues à hautes températures. C’est notamment le cas des sections efficaces d’absorption qui servent à quantifier la photochimie. La majeure partie de mon travail de thèse a donc été de développer une plateforme de spectroscopie dans le domaine VUV, afin de pouvoir mesurer des sections efficaces d’absorption à des températures allant jusqu’à 1200 K.

L’équipe « Exobiologie et Astrochimie » du LISA a déjà entrepris de pallier ce manque de données en effectuant des mesures à hautes températures lors de campagnes sur synchrotron entre 2010 et 2017 pour les molécules CO, CO₂, NH₃, HCN et C₂H₂. Des augmentations de plus de quatre ordres de grandeur sur les sections efficaces d’absorption de CO₂ entre 300 et 800 K ont ainsi pu être observées. Afin de poursuivre ce travail, j’ai développé une nouvelle plateforme spectroscopique VUV au LISA. Elle se compose principalement d’une lampe à deutérium, d’un monochromateur sous vide, d’une cellule en quartz insérée dans un four et d’un photomultiplicateur permettant de mesurer le signal de sortie. Après avoir réalisé plusieurs tests pour définir les conditions expérimentales optimales pour acquérir nos données, j’ai effectué des mesures de sections efficaces d’absorption de CO et de C₂H₂.

J’ai ainsi pu mesurer des premiers spectres d’absorption de CO pour des températures allant de 300 à 800 K. Les mesures effectuées au LISA, couplées à celles précédemment acquises au synchrotron SOLEIL, m’ont permis d’établir une liste de raies et de faire une étude sur la variation de l’intensité des bandes en fonction de la température de la transition A1Π-X1Σ+, pour 3 ≤ v’ ≤ 10 et v” = 0, 1. Ce travail m’a ensuite conduit à étudier le profil de température qui correspond à l’absorption du gaz au sein de la cellule.

J’ai également réalisé des mesures de sections efficaces d’absorption pour C₂H₂ entre 115 et 230 nm à des températures allant de 296 K à 773 K. J ’ai pu observer une augmentation des sections efficaces avec la température d’un facteur 20 pour les données à 773 K.

J’ai ensuite appliqué ces données à hautes températures dans le modèle cinétique 1D ATMO afin de voir l’impact de ces variations de sections efficaces sur la composition chimique du Neptune chaud GJ 436b. Les résultats montrent peu de différences sur les profils d’abondances mais des changements importants sur les taux de photodissociation. Pour voir davantage de variations, il serait indispensable de prendre en compte l’absorption des autres espèces présentes dans l’atmosphère et donc d’obtenir davantage de données expérimentales à hautes températures.

Grâce à la nouvelle plateforme spectroscopique, il sera désormais possible de mesurer des sections efficaces d’absorption à hautes températures pour d’autres molécules d’intérêt atmosphérique, tels de NH₃ ou HCN.