Atelier national sur les nuages polaires

24/06/2025 09:00

SIRTA / ICEO : Journée Scientifique 2025

24/06/2025 09:00

Evénement de clôture projet FAIR-EASE

12/06/2025 09:00

Laser-based mass spectrometry in the planetary sciences: convergence of emerging priorities and enabling technologies

17/06/2025 11:30

Séminaire du LATMOS.

Big Data Assimilation Revolutionizing Numerical Weather Prediction Using Fugaku

13/06/2025 14:00

Séminaire du LMD.

Simulated climatologies of Northern Hemisphere blocking and storm tracks in AGCMs

12/06/2025 14:30

Séminaire du LMD à l’ENS.

Évaluation de l'habitabilité de la surface de Mars en inventoriant la matière organique avec les expériences spatiales SAM (Mission MSL) et MOMA (Mission ExoMars)

27/09/2023 14:00

Français

Ma thèse de doctorat porte sur la détection de molécules organiques sur Mars. Je présente l’influence des sels sur la préservation et la détectabilité de ces molécules. En effet, des sels de chlorure ont été observés à plusieurs endroits sur Mars, mais les conséquences de leur présence dans des échantillons contenant de la matière organique restent à explorer.

J’ai mené des expériences en laboratoire pour reproduire les conditions dans lesquelles les échantillons martiens sont traités in situ par les suites instrumentales à bord de plusieurs sondes martiennes. J’ai travaillé sur un ensemble spécifique d’instruments présents dans la charge utile des sondes martiennes Viking, Curiosity et Rosalind Franklin afin d’analyser la composition moléculaire des échantillons de la surface de Mars : la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). J’ai d’abord testé l’influence des sels de chlorure et d’une matrice de phyllosilicate sur la préservation des composés organiques soumis aux rayonnements UV. Les résultats de cette étude ont montré que les sels de chlorure avaient le potentiel pour préserver les molécules organiques de la dégradation photocatalytique et pouvaient donc représenter d’excellents candidats pour l’analyse moléculaire des échantillons martiens.

Ces résultats ont conduit à explorer l’influence des sels de chlorure sur plusieurs composés organiques d’intérêt pour l’astrobiologie au cours d’expériences de pyrolyse-GC-MS. J’ai montré que lors de l’analyse, la présence de ces sels pouvait gêner la détection des composés organiques mais aussi former des précurseurs de composés chlorés, comme cela a déjà été détecté sur Mars.

Enfin, l’interaction entre les phases inorganiques et organiques dans l’environnement martien et lors des analyses in situ m’a amené à explorer la détectabilité d’un autre type de composés : les sels organiques aromatiques. Les sels organiques sont des molécules réfractaires, difficiles à détecter. J’ai utilisé les techniques de pyrolyse et de dérivatisation GC-MS utilisées par les instruments de vol pour comprendre le comportement et la signature de ces composés. Malgré leur nature non volatile, j’ai découvert qu’ils pouvaient être indirectement identifiés en combinant ces différentes techniques.

Dans l’ensemble, cette thèse de doctorat vise à faciliter l’interprétation des données in situ obtenues par les instruments embarqués à bord des anciennes, actuelles et futures missions martiennes, ainsi qu’à guider la recherche d’échantillons susceptibles de contenir des biosignatures.

 

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English
Evaluation of the habitability of the surface of Mars by inventorying organic matter with the SAM (MSL Mission) and MOMA (ExoMars Mission) space experiments

My Ph.D. thesis focuses on the detection of organic molecules on Mars. I will present the influence of salts on the preservation and detectability of organic molecules at the Mars surface. Chloride salts have been observed at several locations on Mars, but the consequences of their presence in samples containing organic matter are yet to be explored. I conducted laboratory experiments to reproduce conditions in which Martian samples are processed in situ by the instrument suites onboard several Martian probes. I worked on a specific set of instruments present in the analytical chemistry payload of the Viking, Curiosity, and Rosalind Franklin surface probes to analyze in situ the molecular composition of Mars surface samples: Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS).

I first tested the influence of chloride salts and a phyllosilicate matrix on preserving organic compounds subjected to UV radiation reaching the Martian surface. The results of this study showed that chloride salts had the potential to preserve organic molecules from photocatalytic degradation and could represent, therefore, excellent candidates for sample analysis. These results led to exploring the influence of chloride salts on several organic compounds of interest for astrobiology during pyrolysis-GC-MS experiments. I showed that during molecular analysis, the presence of these salts could hinder the detection of organic compounds but could also form precursors of chlorinated molecules, as already detected on Mars.

Finally, the interaction between inorganic and organic phases in the Martian environment and during in situ analyses led me to explore the detectability of another type of compound: aromatic organic salts. Organic salts are refractory molecules, challenging to detect. I used pyrolysis and derivatization GC-MS techniques as used in the flight instruments to understand the behavior and signature of these compounds.

Despite their non-volatile nature, I found that they could be indirectly identified by combining these different techniques. Overall, this Ph.D. thesis aims to help interpreting in situ data as performed by the instruments onboard former, current, and future Martian missions, as well as guide the search for samples that could contain preserved biosignatures.

Event-driven numerical modelling of early diagenesis in coastal ecosystems: application to flood deposits in Rhône River prodelta

13/10/2023 14:00

The main purpose of this work is to study the biogeochemical response of coastal seafloor subject to episodic massive sediment deposition from floods events. The Rhône River and its connected coastal margins serve as a case-study site for quantifying the impact of these extreme events on early diagenetic processes because it receives significant inputs of sediment (estimated to be up to 80%) during short and intense events. These extreme events are rare and unpredictable, thus the assessment of their impact on sediment biogeochemical processes is difficult.

In order to study the short and intermediate terms response of the sediment biogeochemistry under these abruptly changing conditions, an event-driven numerical model of early diagenesis was specifically developed during this thesis. Using published data of two contrasting floods in year 2008, the model showed reliable capability to simulate the changes induced by the sediment input on the porewater profiles for various solutes. The model suggests that these floods could produce differing biogeochemical response, the extent of which is determined by the underlying characteristics of the flood layer deposit. We found a two-fold increase in overall mineralization rates during the 2008 spring flood event from pre-flood conditions in the spring, which increased further in the fall when a very labile carbon enriched sediment was deposited. My research demonstrated that these differences were due to the nature of organic carbon delivered to  Rhone delta as well as the scale (thickness) of deposition.

These intrinsic characteristics might also be responsible for constraining the relaxation timescale of the various porewater solutes (e.g oxygen, dissolved inorganic carbon, sulfate) to a few months as observed in the field. Furthermore, this research also demonstrated that the strong internal cycling and the role of secondary redox processes such as pyrite precipitation (which were enhanced during these flood events) might be responsible for the maintenance of non-sulfidic condition observed in Rhône prodelta sediment. The thesis also briefly explores the concept of ”memory effect” of temporally connected flood depositions. Multiple occurrence of these events can also trigger temporal interaction between floods which has a substantial effect on the processes operating in the deep (such as methanogenesis and sulfate reduction) but negligible for superficial oxic and suboxic processes. This has significant ramification in future scenarios of increasing frequency of these extreme events.

More recent time series of porewater composition obtained during winter campaigns in 2021-22 investigates the temporal evolution of the porewater following an estimated 25 cm of sediment deposition. A remarkable modification of the dissolved inorganic carbon, sulfate and dissolved methane profiles were observed which was distinguishable from the pre-flood situation. Model simulations describes adequately the dataset and showed that these winter events can result to as much as 75% increase in total carbon mineralization, thus enhancing longer-term DIC production in the sediment. This winter flood also leads to a decoupling of the two pathways for sulfate reduction – organoclastic sulfate reduction and anaerobic oxidation of methane and is associated to vertical displacement of the sulfate-methane transition zone. This observation has important implications since further deepening of the AOM maximum zone due to flood deposition could enhance the effective trapping of methane (a ”green house” gas crucial in the context of climate change).

Overall, the numerical exploration in this thesis provides for the first time, a synthesis of the role of episodic event such as the massive flood deposition on spatio-temporal dynamics of the biogeochemical processes in the sediment.

Les précipitations au-dessus de la calotte Antarctique : une approche conjointe observations et modélisation

01/09/2023 14:00

Résumé
La calotte Antarctique, dont le bilan de masse de surface est principalement alimenté par les précipitations, stocke plus de 30 millions de km³ de glace (l’équivalent d’environ 60 mètres de niveau des mers). Toute perturbation de celle-ci a donc un impact direct sur le niveau global des mers. Malheureusement les processus à l’origine des précipitations sont extrêmement difficiles à observer du fait des conditions météorologiques complexes de l’environnement antarctique, et ainsi très peu connus.

En croisant les données issues de différents instruments – radar embarqué sur satellite, mesures in-situ et télédétection depuis la surface ainsi que les modèles météorologiques et de climat – l’objectif est d’obtenir la meilleure synthèse possible, de représenter le plus fidèlement et précisément les précipitations dans leur environnement (comprenant la dimension verticale) et la meilleure capacité à prévoir leur évolution. Une première étude climatologique globale ainsi que régionale des précipitations cumulées en surface a été réalisée.

Une évaluation des récentes avancées en modélisation (CMIP et ERA5) par rapport à l’unique jeu de données issues d’observations satellitales (CloudSat) pendant 4 années consécutives à l’échelle du continent a permis de mettre en avant la complexité et les nombreux désaccords dans la représentation des précipitations au pôle Sud.

Il y a moins de valeurs aberrantes dans les quantités de précipitations simulées mais aucune amélioration notable du biais positif des modèles (surestimation des taux moyens de précipitations aux échelles continentale et régionale, toute l’année, indépendamment de la saison). Puis une analyse événementielle locale des précipitations a été poursuivie dans le cadre de la campagne YOPP, permettant d’étudier à la fois la surface et la verticale pendant une saison d’été austral complète.

La divergence entre les modèles et réanalyses atmosphériques ainsi qu’avec les observations concernant les quantités de précipitations est notable. Un biais positif doit être pris en compte lors de l’utilisation des données de modélisation, tant sur l’intensité que la fréquence d’occurrence des événements de précipitation. L’analyse des données locales d’observation de Dumont d’Urville qui acquises pendant plusieurs années consécutives permettent de mettre la campagne YOPP dans un contexte pluriannuel.

D’autre part, l’étude des réanalyses ERA5 ainsi que des observations satellitales CloudSat sur la verticale complète et nous permet partiellement d’extrapoler l’analyse locale au continent Antarctique. En parallèle, l’exploitation de rapports météorologiques à différentes stations et des réanalyses ERA5 concernant la phase des précipitations a mené à la réalisation d’une analyse à l’échelle climatologique de l’occurrence des précipitations liquides en Antarctique. Ces événements pluvieux se manifestent généralement lors de l’apparition d’une intrusion maritime chaude et humide associée à un blocage anticyclonique.

Malgré les différences concernant les quantités de précipitations liquides prédites, les simulations réalisées avec de nombreux modèles (CMIP6) et dans plusieurs scénarios futurs suggèrent que le réchauffement global futur de l’Antarctique s’accompagnera d’épisodes pluvieux plus fréquents et plus intenses.

Abstract
The Antarctic ice sheet, whose surface mass balance is primarily driven by precipitation, stores over 30 million cubic kilometers of ice (equivalent to about 60 meters of global sea level rise). Any disturbance to this ice sheet has a direct impact on the global sea level. Unfortunately, the processes responsible for precipitation are extremely challenging to observe due to the complex weather conditions in the Antarctic environment, and thus, they are not well understood.

By combining data from various instruments – satellite-borne radar, in-situ measurements, surface remote sensing, as well as weather and climate models – the objective is to obtain the best possible synthesis, accurately representing precipitation in its environment (including the vertical dimension) and improving the ability to forecast its evolution. A preliminary global and regional climatological study of cumulative surface precipitation has been conducted. An evaluation of recent modeling advancements (CMIP and ERA5) compared to the single dataset derived from satellite observations (CloudSat) over four consecutive years at the continental scale has highlighted the complexity and significant discrepancies in representing precipitation at the South Pole.

There are fewer outliers in the simulated precipitation amounts, but there is no notable improvement in the positive bias of the models (overestimation of mean precipitation rates on both continental and regional scales, throughout the year, regardless of the season). Subsequently, a local event-based analysis of precipitation was pursued as part of the YOPP campaign, allowing for the study of both surface and vertical aspects during a complete austral summer season.

The divergence between atmospheric models, reanalyses, and observations concerning precipitation amounts is noteworthy. A positive bias needs to be considered when using modeling data, affecting both the intensity and frequency of precipitation events. The analysis of local observational data from Dumont d’Urville, acquired over multiple consecutive years, provides a multi-year context for the YOPP campaign. Additionally, studying ERA5 reanalyses and CloudSat satellite observations throughout the vertical dimension partially enables extrapolation of the local analysis to the Antarctic continent.

Concurrently, the utilization of meteorological reports from various stations and ERA5 reanalyses regarding the precipitation phase has led to a climatological-scale analysis of liquid precipitation occurrence in Antarctica. These rainy events typically occur during the arrival of a warm and moist maritime intrusion associated with anticyclonic blocking.

Despite differences in predicted amounts of liquid precipitation, simulations conducted with numerous models (CMIP6) and under multiple future scenarios suggest that future global warming in Antarctica will be accompanied by more frequent and intense rainy episodes.