(english below)

Contexte scientifique

L’analyse et l’identification de la matière organique sur d’autres objets du système solaire est l’un des objectifs principaux en exobiologie. De nombreux corps extraterrestres étudiés lors de missions ou d’observations par télescope ces dernières décennies ont révélé la présence de molécules organiques variées sur certains d’entre eux. Cependant, lors de l’analyses d’échantillons solides in-situ, l’extraction de la matière organique provenant de ces environnements extraterrestres constitue souvent le véritable verrou analytique. En effet, cette matière est parfois liée à une matrice minérale et en faible quantité, ce qui rend difficile son extraction, et par conséquent, sa détection et sa caractérisation.

Actuellement, l’extraction en laboratoire de la matière organique en provenance d’échantillons contenant de la matière organique (dont des échantillons extraterrestres tels que les météorites) s’effectue grâce à des protocoles d’extraction liquide-solide (et purification) plus ou moins longs et complexes. L’extraction par fluide supercritique (SFE) est une technique utilisée qui s’est fortement développée ces 10 dernières années. Les rendements obtenus sont proches voire meilleurs que ceux des techniques usuelles tout en limitant le risque de contamination et facilitant la manipulation. Les contaminations sont une des plus grandes problématiques actuelles de l’étude des échantillons extraterrestres. Par conséquent, cette technique semble particulièrement adaptée comme première étape d’étude de ces échantillons. Si la SFE est couramment utilisés dans certains domaines tels l’environnement, elle a en revanche été très peu utilisée dans le domaine du spatial^1,2. Chaque type d’échantillon a besoin d’une optimisation de nombreux paramètres (pression, température, cosolvants…). Cette optimisation peut s’effectuer grâce à l’utilisation de plans d’expérience ³ et grâce à des tests sur des analogues et échantillons extraterrestres. Le projet SFERE vise tout d’abord à développer l’extraction par SFE de la matière organique extraterrestre pour le retour d’échantillon extraterrestre. Pour cela une première étape sera de montrer l’efficacité de cette technique sur des échantillons extraterrestres déjà collectés sur Terre et présentant un concentration en matière organique suffisante pour extraction : les météorites chondrites carbonnées⁴. Dans un second temps, l’extraction d’analogues de sol martien sera intéressante dans la perspective du retour d’échantillon de la mission MSR.

Sujet 

Ce poste d’ingénieur de recherche est financé dans le cadre du projet Integr’AL du PEPR Origins et rejoint le projet SFERE. La personne recrutée aura pour mission d’aider au développement de l’extraction de la matière organique météoritique par extraction par fluide super-critique (SFE) grâce à l’optimisation des nombreux paramètres associés.

Ce travail nécessitera dans un premier temps la création d’un plan d’expérience adapté en amont du travail de laboratoire, en s’inspirant du travail effectué par Devièse et al. 2018 ³. Les différents paramètres seront testés sur un instrument neuf et les extraits analysés au LISA par GC-MS. Dans un second temps un traitement des données sera nécessaire afin de trouver les paramètres optimaux à l’extraction des chondrites carbonées. Les extractions s’effectueront sur des analogues avant d’appliquer les paramètres optimisés sur des météorites (Murchison, Agua Zarcas…). Les extraits de matière organique récupérés seront aussi analysés par spectrométrie de masse à haute résolution à l’Université de Poitiers en collaboration avec l’IC2MP dans le cadre du PEPR.

Un doctorant spécialisé en chimie analytique a rejoint en octobre le projet SFERE pour aider au développement de la SFE. Il se consacrera aussi au couplage à la chromatographie supercritique, et au déploiement de la technique à d’autres matériaux (analogues martiens).

Profil recherché

Nous cherchons un.e jeune chercheur.se (chimie, physique, astro) de préférence avec un intérêt pour l’espace. Une connaissance des plans d’expérience ou une expérience préalable en extraction supercritique est demandée. Des connaissances des différentes techniques d’extraction et d’analyse par GC-MS seront considérés comme une plus-value pour ce poste.  

Laboratoire d’accueil

Vous serez accueilli à partir du 6 janvier 2025 au sein de l’équipe « astrochimie et exobiologie » du Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques. Le LISA a une forte expertise dans le développement d’instrumentation spatiale reconnue au niveau international et participe à de nombreuses missions spatiales (Curiosity, ExoMars, Rosetta,…).

L’instrument SFE-SFC-MS est en cours d’installation dans les nouveaux laboratoires au sein de la Faculté des Sciences et Technologies de l’Université Paris-Est Créteil, campus centre. La formation aura lieu début janvier. Le laboratoire est facilement accessible en métro (ligne 8) et RER (ligne D).

Contacts

Tout candidat intéressé doit contacter les encadrants dans les meilleurs délais pour obtenir des informations complémentaires. Merci de joindre à votre candidature un CV, une lettre de motivation ainsi qu’une lettre de référence.

– Clara Azémard (clara.azemard@lisa.ipsl.fr)

– Fabien Stalport (fabien.stalport@lisa.ipsl.fr)

Bibliographie

1. Abrahamsson, V., Henderson, B. L., Zhong, F., Lin, Y. & Kanik, I. Online supercritical fluid extraction and chromatography of biomarkers analysis in aqueous samples for in situ planetary applications. Anal. Bioanal. Chem. 411, 8091–8101 (2019).

2. Menlyadiev, M., Henderson, B. L., Zhong, F., Lin, Y. & Kanik, I. Extraction of amino acids using supercritical carbon dioxide for in situ astrobiological applications. Int. J. Astrobiol. 18, 102–111 (2019).

3.Devièse, T. et al. Supercritical Fluids for Higher Extraction Yields of Lipids from Archeological Ceramics. Anal. Chem. 90, 2420–2424 (2018).

4. Sephton, M. A. Organic compounds in carbonaceous meteorites. Nat. Prod. Rep. 19, 292–311 (2002).

ENGLISH VERSION

CDD IR (1,5years) – Study of the meteoritic organic matter : Optimisation of the parameters for supercritical fluid extraction

Background

The analysis and identification of organic matter inside extraterrestrial samples is one of the main goals in astrobiology. In the past decade, numerous extraterrestrial bodies have been studied during missions or thanks to telescope observations and some of them showed a variety of organic molecules. However, the extraction of organic matter from such a complex environment is often difficult and considered as an analytical lock. Indeed, it can be linked to a mineral matrix and in small quantity which complicates the extraction and consequently the detection and following characterisation.

Currently, the extraction of organic matter from complex matrices (as the extraterrestrial ones) are usually carried out by long multi-steps liquid-solid extractions (and purification). Supercritical fluid extraction (SFE) is a technique that strongly developed those past 10 years. The yields of extraction are equal to better than with other usual techniques while it is fast, greatly limits the risk of contamination and does not need complex manipulation of the sample. Contamination is one of the major issues in the study of extraterrestrial organic matter, therefore this technique seems particularly adapted as first step for these precious samples study. Although SFE is commonly used in various fields as environment, it was rarely used in astrochemistry^1,2. Each type of sample needs the optimisation of many parameters: pressure, temperature, co-solvents… This optimisation can be carried out with the help of experimental design ³ and thanks to experiments of extraterrestrial analogues. The SFERE project aims to develop supercritical fluid extraction of extraterrestrial organic matter for sample return as first objective. The first step will be to prove the efficiency of this technique on extraterrestrial objects already gathered on Earth and showing a sufficient quantity of organic matter for the extraction: carbonaceous chondritic meteorites⁴. The second step will be the extraction of Martian soil analogues, in the prospect of samples returning from Mars with the MSR mission in about 10 years.

Subject 

This research engineer job is financed by the project Integr’AL of PEPR Origins . The hired person will have for principal objective to help the development of the meteoritic organic matter extraction by supercritical fluid extraction (SFE) thanks to the optimisation of the numerous parameters of the instrument.

This work will require the creation of an adapted design of experiments before any labwork, inspired by the work of Devièse et al. 2018 ³. The several parameters will be tested on a brand new instrument and the extracts analysed at LISA by GC-MS and potentially in Poitiers. Following the experiments data treatment will be necessary to ensure the efficiency of the parameters for carbonaceous chondrites. The experiments will be carried out on analogues before real meteorites (Murchison, Agua Zarcas…). The organic matter extracts recovered will also be analysed by high resolution mass spectrmetry in Poitiers thanks to our collaboration with the IC2MP within the framework of PEPR project.

A PhD student in Analytical chemistry just joined the SFERE team in October to develop the extraction by SFE. He will work together with the IR but also develop chromatographic coupling and the opening of the technique to other materials (Mars analogues).

Professional requirements

We are looking for a young PhD, Master or equivalent in sciences (chemistry, physics, astro) with a curiosity for space. Knowledge of experiment design or previous experience in supercritical fluid extraction is wanted. A knowledge of different extraction techniques and GC-MS will be considered as an advantage.

Laboratory

You will be part of the “Astrochemistry and astrobiology” team inside the Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA). The LISA has a strong expertise in the development of space instrumentation, is recognised at the international level and participates to numerous space missions (Curiosity, ExoMars, Rosetta…).

The installation of the SFE-SFC-MS instrument is currently in progress and a formation will take place in January in the new laboratories inside the Science and Technologies faculty of Paris-Est Créteil University. The laboratory is easily accessible by metro line 8 and RER D from Paris.

How to apply

All interested candidate must contact the supervisors for supplementary information and apply with a CV, a cover letter and a reference letter.

– Clara Azémard (clara.azemard@lisa.ipsl.fr)

– Fabien Stalport (fabien.stalport@lisa.ipsl.fr)

Starting date is 6^th of January.

Bibliography

1.  Abrahamsson, V., Henderson, B. L., Zhong, F., Lin, Y. & Kanik, I. Online supercritical fluid extraction and chromatography of biomarkers analysis in aqueous samples for in situ planetary applications. Anal. Bioanal. Chem. 411, 8091–8101 (2019).

2. Menlyadiev, M., Henderson, B. L., Zhong, F., Lin, Y. & Kanik, I. Extraction of amino acids using supercritical carbon dioxide for in situ astrobiological applications. Int. J. Astrobiol. 18, 102–111 (2019).

3. Devièse, T. et al. Supercritical Fluids for Higher Extraction Yields of Lipids from Archeological Ceramics. Anal. Chem. 90, 2420–2424 (2018).

4.  Sephton, M. A. Organic compounds in carbonaceous meteorites. Nat. Prod. Rep. 19, 292–311 (2002).