Chimie de l'Ionosphère de Titan par Spectrométrie de Masse Haute Résolution et Modélisation – ChimieTitan+

L'objectif est de construire un projet interdisciplinaire original, pour étudier la chimie complexe des atmosphè res planétaires. Deux physico-chimistes (RT et OD) venant du Laboratoire de Chimie Physique à Orsay ont intégré le Laboratoire de Planétologie de Grenoble depuis janvier 2007 pour y construire ce projet. Un spectromètre de masse à très haute résolution sera acquit pour étudier la chimie ionosphérique de Titan, et un effort parallèle de modélisation et d'analyse - d'incertitude sera réalisé entre Orsay et Grenoble. - L'implication de concepts de chimie dans l'étude des atmosphères planétaires est - un domaine en plein développement. Titan, le plus gros satellite de Saturne, est un objet céleste exceptionnel, qui présente une atmosphère très dense, composée - d'azote, d'environ 5% de méthane et de traces d'hydrocarbures. Cette - atmosphère est le siège d'une chimie induite par le rayonnement solaire et les particules énergétiques de la magnétosphère de Saturne. Ces radiations - conduisent à l'ionisation de la partie haute de l'atmosphère, l'ionosphère. Il en résulte une chimie très complexe, dont le résultat est actuellement mesuré in-situ par la mission Cassini-Huygens, qui a prouvé la formation d'espèces de type CxHyNz+ (avec des ions à x+z>7), probablement à l'origine de la formation - d'aérosols produits en grande quantité dans cette atmosphère. Parallèlement aux - mesures spatiales, un gros effort international de modélisation a été réalisé avec une chimie ionique complexe (600 réactions 102 ions). Pour ce faire, on utilise des bases de données sur les réactions ion-molécule, compilées à l'aide de mesures de laboratoire très incomplètes, parfois anciennes et souvent entachées d'incertitudes considérables. - Pour aborder cette chimie complexe, on propose de s'appuyer sur la propagation - d'incertitude et l'analyse de sensibilité pour (i) révéler les processus mal ou pas décrits et ainsi orienter les mesures, et (ii) éliminer les processus peu importants dans un cadre garanti. Ce dernier point est absolument essentiel à la réalisation - ultime de ce contrat qui vise à étendre les modèles à une descriptions globale de l'atmosphère pour laquelle une chimie reduite est necessaire. Nous avons - développé depuis 2005, une méthodologie basée sur des méthodes de propagation d'incertitude par échantillonnage Monte Carlo. Grâce à ces outils et leur extension à l'analyse de sensibilité, nous aborderons plusieurs aspects du - projet : (1) identification des ions pour lesquels les prédictions de densité sont significativement en désaccord avec les mesures; (2) identification des réactions ayant besoin d'être étudiées plus précisément; (3) simplification du schéma cinétique. - Les bases de données de réactivité ionique s'avèrent mal adaptées à la chimie de Titan. En effet, les outils expérimentaux utilisés ne permettaient pas de différentier hydrocarbures et nitriles, ni de déterminer structure et fonctionnalité chimique des espèces. Or les outils de spectrométrie de masse moderne à très haute résolution - en masse, couplée à des méthodes MS/MS, sont parfaitement adaptés à ces - objectifs. C'est pourquoi notre projet expérimental consiste à obtenir - non-seulement des données précises de vitesse de réaction, mais aussi des - informations sur la structure et la fonctionnalité chimique des ions, grâce un appareil commercial très performant (Orbitrap). Les mesures seront orientées par les résultats des études d'incertitudes, dans un cadre d'échange permanent avec les modélisateurs. Les données de structure seront confrontées avec les résultats de calculs de chimie quantique de haut niveau, réalisés à Madrid, en particulier pour déterminer la structure cyclique ou linéaire des molécules. Ce travail d'élucidation de structure chimique sera aussi effectué en collaboration avec des chimistes organiciens de région parisienne et de Rennes. - L'appareil, très performant et unique au monde servira à d'autres application