Soutenance de thèse : Recherche de traces de vie sur Mars

Caroline FREISSINET, doctorante au LISA et à l’ECP, présentera les travaux de sa thèse le lundi 29 Novembre 2010 à 14h en salle de séminaires de l’École Centrale Paris.

Recherche de traces de vie extraterrestre : élaboration d’une unité d’extraction et d’analyse chirale in situ pour la séparation énantiomérique de molécules organiques d’intérêt exobiologique

Résumé :

La recherche de vie extraterrestre et en particulier de vie sur Mars est devenue un des enjeux majeurs des prochaines explorations spatiales. Dans ce cadre, la recherche de molécules organiques et l’étude de leur énantiomérie pourrait permettre d’obtenir les premiers indices en faveur d’une présence passée ou présente de vie sur cette planète. En effet la vie telle que nous la connaissons est uniquement basée sur des acides aminés L et sucres D. Ces molécules organiques et leur éventuel excès énantiomérique pourraient avoir été conservés dans les conditions martiennes.

La chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (CPG-SM) est actuellement la technique analytique spatialisable la plus pertinente pour la détection de composés organiques volatils. Afin de rendre volatils les composés réfractaires tels que les acides aminés, nous proposons une fonctionnalisation chimique au diméthylformamide diméthyl-acétal (DMF-DMA). Cette fonctionnalisation couplée à une analyse sur une colonne chirale est une technique parfaitement adaptée à la séparation énantiomérique et a la spatialisation. Nous avons donc mis au point une méthode de fonctionnalisation des molécules organiques chirales par l’agent de méthylation DMF-DMA afin de séparer les énantiomères et de les étudier in situ en CPG-SM lors des futures missions martiennes.

Cette méthode d’analyse est constituée d’un four réactionnel dans lequel l’échantillon solide est placé, les molécules d’intérêt exobiologique sont ensuite successivement extraites et fonctionnalisées au DMF-DMA pour être analysées et quantifiées en CPG-SM. Les résultats ont permis de montrer qu’à partir d’une faible quantité de sols d’analogues martiens (50 mg de sol du désert d’Atacama, Chili) et après optimisation de chacune des étapes, plusieurs types de molécules organiques présentes à l’état de traces ont pu être détectées, telles que des acides aminés, des acides carboxyliques et des bases nucléiques. Parmi ces molécules chirales, plusieurs ont pu être séparées selon leur forme énantiomérique. Le protocole est élaboré dans les limites technologiques et opératoires d’une analyse spatiale ; chaque étape est pensée pour un usage robotisé (chaque étape étant conçue). Ainsi, nous avons développé une expérience globale, sensible et robuste, totalement compatible avec les exigences d’une analyse in situ. C’est la raison pour laquelle cette expérience sera intégrée sur la prochaine mission martienne Exomars 2016/2018 afin de rechercher des traces de matière organique à la surface et en subsurface de Mars. La découverte d’un excès énantiomérique, voire d’une homochiralité, apporterait des indices forts quant à la présence d’une vie passée ou présente sur la planète rouge.

Lieu de la soutenance :

Salle de Conférence des Laboratoires Scientifiques
Porte C, 1er étage Bâtiment Dumas
École Centrale Paris Grande Voie des Vignes
92290 CHÂTENAY-MALABRY

Pour s’y rendre :

Par la route : sur l’A86 direction ouest, prendre la sortie n° 27 Antony. Au feu continuer tout droit sur la D986, puis prendre à droite sur l’avenue Sully Prudhomme (D67) au niveau du carrefour de l’Europe. Au rond-point prendre à gauche la grande Voie des Vignes puis entrer dans l’Ecole Centrale (sonner pour se faire ouvrir la barrière).

En transports en commun : prendre le RER B jusqu’à Antony, puis 1/ prendre le bus n° 395 jusqu’à l’arrêt Carrefour de l’Europe ou 2/ à pieds (10 min), partir plein ouest sur la rue Maurice Labrousse, puis continuer tout droit jusqu’au Carrefour de l’Europe (avec les coudes, direction Nord-Ouest), entrer dans l’Ecole Centrale au niveau de la « résidence des élèves » et suivre le plan joint.

Composition de la commission d’examen :

Pr. Uwe Meierhenrich (rapporteur)

Dr. Daniel Glavin (rapporteur)

Dr. Frances Westall (examinateur)

Pr. Patrice Coll (examinateur)

Pr. Moncef Stambouli (directeur de thèse)

Dr. Arnaud Buch (co-directeur de thèse)

Dr. Robert Sternberg (co-directeur de thèse)

Dr. Michel Viso (invité)

Pr. Jean-Bernard Guillot (invité)

Abstract:

Looking for extraterrestrial life, particularly on Mars, has become a challenging aim for future space missions. In this framework, looking for organic molecules and studying their enantiomeric properties could lead to the first clues of an extinct or extant life on this planet. Indeed, life as we know it consists in one of the two specular forms of organic molecules only, and it has been shown that conditions at Mars could preserve, at least partially, this enantiomeric excess.

Gas Chromatograph coupled to a Mass Spectrometer (GC-MS) is nowadays the most pertinent space-compatible analytical tool for the detection of volatile organics. In order to transform refractory molecules such as amino acids into volatile ones, we are putting forward a chemical derivatization with dimethylformamide dimethyl-acetal (DMF-DMA). This reaction, when coupled with an analytical step using a chiral chromatographic column, is perfectly adapted to enantiomeric separation within the space constraints. This thesis develops a method of derivatization of the chiral organic molecules with methylation reagent DMF-DMA in order to separate and analyze in situ the enantiomers by GC-MS during the future Martian missions.

This analytical tool consists in a reaction chamber into which the solid sample is dropped. From this sample, the molecules of interest are successively extracted and derivatized with DMF-DMA to be detected and quantified by GC-MS. From a low quantity of Martian analogue soil (50 mg of Atacama soil) and after a complete optimization of each step, numerous molecules of different kinds have been successfully detected, such as amino, carboxylic and nucleic acids. Among these molecules, some of the chiral ones have been resolved regarding their enantiomeric forms. The whole procedure is elaborated within the technological and operational limits imposed by a space experiment, each step having been designed to be carried out robotically. Thus, we have developed a complete experiment, sensitive, robust and entirely meeting the requirements of an in situ analysis. That is the reason why this experiment has been selected to be integrated onboard the next Martian mission Exomars 2016/2018 in order to search traces of organic matter at Mars surface and subsurface. Determining an enantiomeric excess, or even homochirality, would be a remarkable breakthrough regarding the presence of an extinct or extant life on the red planet.