Formation de précurseurs prébiotiques dans les glaces interstellaires : étude expérimentale et confrontation aux observations astronomiques

Les différents programmes d’observation astronomique (ALMA, JWST) sur l’astrochimie du milieu interstellaire ont permis de déterminer la composition chimique de ce milieu. Ces observations ont révélé la présence de molécules organiques considérées comme des précurseurs prébiotiques. Toutefois, les voies de synthèse de ces espèces demeurent largement méconnues et constituent un enjeu majeur de l’astrochimie moderne. Ce projet vise à répondre à ces questions en étudiant en laboratoire l’astrochimie d’analogues de glaces interstellaires à basse température (T < 100 K).

Notre objectif principal est d’explorer expérimentalement les processus de formation d'espèces organiques pouvant être impliquées en chimie prébiotique et conduisant à la formation des acides aminés et à la formation de liaisons peptidiques sous les conditions extrêmes du milieu interstellaire. Nous nous intéresserons aux mécanismes d’évolution des analogues de glaces astrophysiques composés d'espèces déjà détectées dans le milieu interstellaire et ayant des fonctions C=O, O-H, C≡N et N-H. Une première piste envisagée selon nos précédentes études concerne la photochimie des glaces CH₃CH₂OH:NH₃:O₂. D’autres précurseurs, comme l’éthanolamine NH₂CH₂CH₂OH et l’acide acétique CH₃COOH, déjà détectés dans le milieu interstellaire, sont également envisagés.

Nous avons conçu au laboratoire MONARIS un montage expérimental MASSIR dédié à l’étude de la formation de molécules organiques à la surface des grains de glace interstellaires. Le montage expérimental MASSIR est constitué d’une chambre sous ultra-vide (10^-10 mbar) équipée d’un cryostat muni d’un porte-échantillon pouvant être refroidi jusqu’à 3K et sur lequel sont formées les glaces organiques. La réactivité en phase solide induite par photochimie ou bombardement d’espèces radicalaires est caractérisée par spectroscopie infrarouge et spectrométrie de masse durant le chauffage du porte-échantillon. Ce couplage glace-gaz permettra de suivre les processus de formation et d'évolution de molécules complexes prébiotiques jouant un rôle important dans l'apparition de la vie dans des conditions extrêmes. Dans le cadre de ce projet nous nous intéresserons à la formation d'espèces ayant des fonctions CO, CN et NH et pouvant être impliquées en chimie prébiotique du milieu interstellaire pour former les briques des acides aminés et de protéines, des groupements essentiels à la vie terrestre. Ces études sont réalisées en couplant trois pôles, la chimie organique, la chimie physique et la chimie théoriques autour de la formation de molécules prébiotiques en phase solide et leurs injections en phase gaz. Une fois l'étape formation en phase solide est finalisée, nous    chercherons à caractériser le rôle catalytique de l’eau sur ces réactions astrochimiques, de façon à davantage reproduire les conditions des glaces interstellaires ou cométaires. Notre système expérimental MASSIR est particulièrement adapté pour de telles études, puisqu’il est possible, d’incorporer une quantité variable et maîtrisée de molécules d’eau dans les analogues de glace étudiés. Des expériences au synchrotron SOLEIL sur les lignes de lumière DESIRS (VUV, 7 – 14 eV) et SEXTANTS (rayons X, 0.2-0.6 keV) pourront également venir en complément des études sur le montage MASSIR. 

Le laboratoire MONARIS (UMR 8233) est rattaché à l’UFR de Chimie et à l’UFR de Physique de la Faculté des Sciences et Ingénierie de Sorbonne Université. Ses cinq axes de recherche thématiques se situent à l'interface entre la physique et la chimie, et englobent des systèmes moléculaires allant de la molécule isolée à l'échelle nanoscopique. Ses champs d’application sont vastes et couvrent la santé, la transition énergétique et environnementale, le stockage d’hydrogène, le stockage de données, ainsi que la chimie et la physique de l’atmosphère terrestre et des objets et processus astrophysiques.

• L’étudiant ou l'étudiante doit avoir une formation de physicochimiste avec des bases solides en spectroscopie infrarouge, spectrométrie de masse et anglais. Niveau Master 2 (ou équivalent) en chimie analytique, physique moléculaire, chimiephysique, astrophysique.
• Bonnes compétences en analyse de données, en particulier en spectroscopie infrarouge et spectrométrie de masse.
• Intérêt pour le travail interdisciplinaire (chimie–physique–astronomie) et expérimental.
• Des connaissances ainsi qu’une expérience en calculs de chimie quantique seraient un plus.