MIRRPLA
MIRRPLA : Multiple-beam IRRadiation PLAtform to investigate the origin and evolution of organic matter of the Solar System
Aperçu
Plateforme d’irradiation à faisceaux multiples pour étudier l’origine et l’évolution de la matière organique du système solaire
Alicja DOMARACKA (CIMAP,Caen ; CNRS, CEA, UNICAEN, ENSICAEN), porter
Grégoire DANGER (PIIM, Marseille ; UAM, CNRS), co-porter
Comprendre l’origine de la matière organique primitive lors de la formation et de l’évolution du système solaire est fondamental puisque l’apport de matière organique extraterrestre via les astéroïdes et les comètes est l’une des sources possibles de matière organique disponible à l’époque de la Terre primitive. Dans les environnements astrophysiques, la matière est constamment exposée à des rayonnements multiples (UV, rayons X, électrons et ions des vents solaires, rayons cosmiques et ions piégés dans les magnétosphères). Ces différents types de rayonnement agissent simultanément, mais les expériences d’astrophysique de laboratoire existantes sont en général réalisées à l’aide d’une source unique d’irradiation et les effets de synergie ne sont pas étudiés.
Il est donc nécessaire de procéder à une irradiation simultanée avec plusieurs faisceaux (photons, ions, électrons)
- d’analogues de glace astrophysique contenant de petites molécules telles que H2O, CO, CO2, NH3, CH3OH) ou d’échantillons solides préparés ex-situ pour quantifier la formation de molécules organiques complexes (espèces prébiotiques notamment) en fonction de la composition initiale de la glace et de la température (10-300K)
- de la matière organique complexe (acides aminés, nucléobases) pour étudier leur résistance sous rayonnement ionisant et pour simuler l’évolution sous irradiation des corps du système solaire.
Pour cela, nous construirons une plateforme unique d’irradiation multifaisceaux (photons UV, électrons keV et ions keV-GeV délivrés par le GANIL–Grand Accélérateur National d’Ions Lourds, Caen France ) équipée d’un spectromètre infrarouge et d’un spectromètre de masse. Les molécules organiques formées lors de l’irradiation ou/et du chauffage des glaces seront détectées au moyen de la technique de chromatographie en phase gazeuse et de spectrométrie de masse in-situ. Ce nouvel instrument polyvalent, la plateforme MIRRPLA, sera ouvert aux différentes communautés scientifiques (astrophysique, radiobiologie, sciences de l’environnement et des matériaux) ainsi qu’aux industriels via la plateforme d’utilisateurs GANIL-CIMAP-CIRIL.
Les tâches
Nos recherches
Concevoir et construire une plateforme pour la préparation d’échantillons et l’irradiation à faisceaux multiples avec des photons, des électrons et des ions UV
L’unicité du montage proposé consiste en la combinaison de différents types de rayonnements ionisants (photons, électrons, ions) incluant la possibilité d’irradiation simultanée d’échantillons : par exemple, faisceau d’ions GANIL plus photons ou électrons UV pour simuler un champ d’irradiation complexe comme dans l’espace. Les modifications induites par le traitement énergétique seront suivies par spectroscopie d’absorption infrarouge à transformée de Fourier. Les espèces émises vers la phase gazeuse via un mécanisme de pulvérisation ou de désorption seront suivies par spectrométrie de masse quadripolaire. En plus, un spectromètre de masse haute résolution couplé à une chromatographie en phase gazeuse (CG-Orbitrap) sera connecté à la chambre d’irradiation pour d’étudier les composés organiques volatils (COV) créés pendant l’irradiation d’analogues de glace interstellaire/cométaire.
Exploitation scientifique de la Platform MIRRPA
- Étude de l’effet de synergie de l’irradiation multifaisceaux sur la destruction et la formation d’espèces moléculaires dans le volume de l’échantillon, les particules émises vers la phase gazeuse et les résidus de glaces pures ou mixtes ;
- Étude de l’état physique des glaces irradiées, en particulier leur relation avec la chimie de surface invoquée pour les milieux astrophysiques, la surface disponible et sa réactivité étant un problème clé en astrophysique ;
- Étude de la formation de molécules organiques complexes aux interfaces entre les manteaux glacés et les grains de poussière carbonés ;
- Fournir des résidus organiques obtenus par des irradiations aux autres partenaires du PEPR Origins (par exemple : analyse spectrométrie ultra-haute résolution en masse ; les résidus formés au moyen de la plateforme MIRRPLA peuvent être utilisés par d’autres partenaires de PEPR Origins comme « matière primaire » pour étudier son évolution chimique/complexification ultérieure dans différentes conditions environnementales).
Le Consortium
Université Aix Marseilles, CNRS, PIIM, CEA, CIMAP, ENSI Caen, Université Caen Normandie
Des attendus scientifiques
Développement d’une plateforme d’irradiation de pointe.
Publications scientifiques dans des revues généralistes, de physique et d’astrophysique.
Des impacts sociétaux
Importance sociétale des questions liées à l’origine d’espèces organiques complexes (prébiotique) sur la Terre primitive. La plateforme sera ouverte à l’ensemble de la communauté scientifique. Nous prévoyons des applications dans les domaines suivants:
• Santé : il est proposé d’utiliser des faisceaux mixtes combinés (par exemple, des photons et des ions) pour la radiothérapie tumeurs résistantes. MIRRPLA offrira une occasion unique d’étudier les processus fondamentaux en irradiation mixte de biomolécules et de fragments d’ADN pour développer de nouveaux protocoles de traitement du cancer.
• Sciences de l’environnement : les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont produits en combustion et ce sont des intermédiaires clés dans la formation et la croissance des particules de suie. De plus, les nanoparticules carbonées peuvent être recouvertes de glace d’eau dans la partie supérieure de l’atmosphère et être exposées à différents types de rayonnements ionisants. MIRRPLA permettra d’étudier la réactivité d’analogues de suie recouverts de glace d’eau déclenchée par une irradiation ion/photon/électron.
• Sciences des matériaux : cette installation unique permet d’étudier (i) le vieillissement des matériaux sous irradiation mixte environnements (piles à combustible nucléaires, matériaux de réacteurs, céramiques/verres pour le stockage des déchets radioactifs ; polymères); (ii) effets multi-radiations simultanées sur les matériaux utilisés dans les engins spatiaux et les missions spatiales (coque, électronique).
Développement de compétences
9 permanents (2 chercheurs, 2 enseignants chercheurs, 1 ingénieur, 4 techniciens) ; 1 postdoct et 2 thésards
Plus de projets
