Analyses de météorites et d'analogues de laboratoire par spectrométrie de masse et

spectroscopies IR et Raman

D. BAKLOUTI, R. BRUNETTO, L. D’HENDECOURT, EQUIPE ASTROCHIMIE INSTITUT D’ASTROPHYSIQUE SPATIALE

S. DELLA-NEGRA, M. NOUN, M. PAUTRAT INSTITUT DE PHYSIQUE NUCLÉAIRE D’ORSAY

Contexte scientifique

grains de poussières recouverts de glaces (H2O,

CO, CO2, CH3OH, H2CO, NH3)

irradiations (VUV, ions ) + réchauffements

molécules de plus en plus complexes formant des

résidus organiques réfractaires

Météorites carbonées primitives

M.O. Insoluble (structure aromatique réticulée (C et H))

M. O. Soluble (soluble et fonctionnalisée (C, H, N, O))

Système solaire

Poussières cométaires Météorites

Nuage moléculaire

chimie prébiotique

Nébuleuse primitive

astéroïdes

1. Quels liens existe-t-il entre photochimie des glaces

interstellaires (et cométaires) et MOS météoritique ? Quelles implications pour les modèles d’évolution de la nébuleuse solaire ?

2. Quels sont les ingrédients initiaux apportés par les météorites carbonées primitives à la « soupe prébiotique primordiale » ?

Focalisation sur la composante macromoléculaire

Objectifs du projet

Préparation d’échantillons météoritiques

Production du résidu organique

(irradiation de mélanges de glaces + chauffage)

Solubilisation, puis séparation et collecte des composants des mélanges organiques complexes par

HPLC

Structuration du projet

Analyses non destructives : IR / UV / Raman

Spectrométrie de masse

Analyses par spectrométrie de masse

Analyses de la météorite Paris

Paris : chondrite carbonée de type CM2 - CM3

3 mm 500 µm

Mesures :

• ToF-SIMS (LAEC/CNRS-Liban) : faisceau de Bi (25 keV, 1,3 pA), émission en mode

positif et négatif

• µ- Raman (Soleil) : 532 nm, P = 0,3 - 1 mW , objectif x 20, spot ~ 2 µm

• µ- IR en réflexion confocale (Soleil) : faisceau synchrotron, ouverture 20 µm,

référence Or, résolution 4 cm-1

Analyses de la météorite Paris

identification de minéraux et des C-aromatiques

Mesures Raman

C-aromatique visible partout au niveau de la matrice

CaCO3 + CaSO4

en proportions variables

Enstatite MgSiO3

Enstatite +

Forstérite

Forstérite Mg2SiO4

Sulfure de fer ?

Analyses de la météorite Paris

Mesures en réflexion IR

- La matrice comprend silicates anhydres et phyllosilicates

- Confirmation du mélange sulfate + carbonate

Mesures Raman ToF SIMS

- Accord entre IR/Raman et ToF-SIMS pour CaSO4

- CaCO3 : CO32- difficile à cartographier en ToF-SIMS,

mais les mesures IR/Raman montrent qu’il est bien présent dans les zones riches en Ca et pauvres en S

Les méthodes sont bien complémentaires !

400

300

200

100

0

4002000μm

Ca+MC: 500; TC: 6.647e+006

400

300

200

100

0

400

300

200

100

0

4002000μm

S-MC: 243; TC: 2.306e+006

240

200

160

120

80

40

0

400

300

200

100

0

4002000μm

Sum of: SO-, SO2-, SO3-, SO4-MC: 284; TC: 1.446e+006

250

200

150

100

50

0

Mesures Raman ToF SIMS

Mg+

Si+

Fe+

SiO2- Si- O-

Matière carbonée en Raman

Grande homogénéité des mesures au niveau des C-aromatiques de Paris

Astéroïde 24 Thémis

Rivkin et Emery, Nature 2010 Certains spectres mesurés présentent une faible bande C-H

Comparaison avec l’observation des surfaces d’astéroïdes

Paris : µ-IR en réflexion

Réflexion IR et observations spatiales

Cartographie ToF-SIMS des organiques

Paris : µ-IR en réflexion

ToF-SIMS : méthode très sensible aux contaminations de surface

nettoyage surface pendant 20s par faisceau de Bi de 25 keV et 17nA

comparaison avant/après nettoyage : polluants organiques

CxHyOz après nettoyage

Est-ce la cartographie de la matière organique soluble ?

Suite du projet

A approfondir :

- interprétation des carto en ToF-SIMS : faible sensibilité aux silicates et carbonates ? Influence de la topologie ? Comment est vu le C-aromatique ? tests avec des échantillons étalons

- cartographie des organiques : à confirmer

Tests d’extraction de la MOS de météorite (Paris) :

- solubilisation sans hydrolyse acide, sans altération du matériau macromoléculaire

- lavage préalable nécessaire (contaminants)

Analyses des résidus de labo par HPLC + spectroscopie de masse : premiers tests HPLC en cours (mise au point d’un protocole de séparation) [Collaboration avec F. Moussa et M. dePerson, LETIAM, Orsay]