Characterization of the organic matter in the comet 67P/Churyumov-Gerasimenko

Les comètes comptent parmi les corps du Système Solaire les plus riches en matière organique. Les observations par télédétection ont déjà permis d’identifier plus d’une vingtaine de molécules organiques simples en phase gazeuse. D’autre part, les missions d’exploration in situ (Giotto, Véga-1 et Véga-2) et la mission avec retour d’échantillon Stardust, ont établi qu’en plus de ces molécules volatiles relativement simples, une fraction notable de la matière carbonée cométaire est présente sous forme d’un matériau réfractaire restant en phase solide dans les grains cométaires. COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyzer) est un spectromètre de masse d’ions secondaires à temps de vol se trouvant à bord de l’orbiteur de la mission Rosetta. Le LISA et le LPC2E participent à la définition des opérations et à l’interprétation des résultats de cet instrument. Les récentes observations réalisées par cet instrument permettent de confirmer la présence de matière organique dans les grains cométaires. Bien que les interprétations de ces observations soient encore préliminaires, il semble que la structure chimique de la matière organique observée ne soit pas celle à laquelle nous nous attendions. Aussi nous manquons de spectres de référence représentatifs des observations. Néanmoins, nous suspectons actuellement qu’il s’agisse d’une matière organique qui a été fortement chauffée et/ou irradiée. L’objectif de la thèse sera de caractériser le plus précisément possible la matière organique observée grâce à l’instrument COSIMA. Pour cela, de nouvelles synthèses de matière organique complexe seront effectuées en laboratoire (LISA) grâce au dispositif expérimental du projet « OREGOC » (Origine et Evolution des Glaces et des composés Organiques Cométaires) qui permet de photolyser dans l’ultraviolet et de chauffer des mélanges de glaces. Nous insisterons en particulier sur un dépôt d’énergie plus conséquent que ce que nous avons pu réaliser dans le passé. Une fois produits, ces échantillons seront analysés grâce aux deux instruments « sol » de COSIMA : le premier étant localisé au LPC2E à Orléans et le second au Max Planck Institute de Göttingen en Allemagne. L’objectif est naturellement de reproduire les observations réalisées sur des grains de la comète 67P/Churyumov Gerasimenko à partir d’échantillons synthétiques afin de préciser au mieux l’origine de la matière organique cométaire ainsi que son évolution chimique jusqu’à son éjection du noyauComets are among the richest body in organic matter of Solar System. The remote sensing observations have already identified more than two dozen of simple organic molecules in the gas phase. Moreover, in situ exploration missions (Giotto, Vega-1 and Vega-2), as well as the sample return of the Stardust mission, have established that in addition to these relatively simple volatile molecules, a significant fraction of cometary carbonaceous material remain solid in the cometary grains. COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyzer) is a time of flight - secondary ion mass spectrometer on board the orbiter of the Rosetta mission. LISA and LPC2E participate to the definition of the operations and to the interpretation of the observations of this instrument. Recent observations performed with this instrument can confirm the presence of solid organic matter in the cometary grains. While the interpretations of these findings are still preliminary, it appears that the chemical structure of this organic matter is not the one that we were expecting. Thus, we lack of representative reference spectra. However, we suspect that the cometary organic material has been strongly heated and / or irradiated before the accretion of the cometary nucleus. The aim of the thesis is to describe as accurately as possible the organic matter observed thank to the COSIMA instrument. New synthesis of complex organic material synthesis will be performed in our laboratory (LISA) thank to the experimental setup named 'OREGOC' (French acronym for ORigin and Evolution of Ices and Cometary Organic matter) that allows ultraviolet photolysis and heating ice mixtures. We will particularly insist on a higher energy deposition during the photolysis that what we have achieved in the past. Once produced, these samples will be analyzed using the two “ground” instruments of COSIMA: the first being located at LPC2E Orleans and the second at the Max Planck Institute in Göttingen, Germany. The aim is naturally to reproduce the observations made on the grains of the comet 67P / Churyumov-Gerasimenko thank to synthetic samples to clarify the nature of the cometary organic matter and its chemical evolution since its synthesis to its ejection from the cometary nucleus