Physico-Chimie organique de l’atmosphère de Titan – CAT

1-Contexte scientifique et objectifs du projet Les propriétés physico-chimiques des aérosols solides des atmosphères planétaires et leurs modes de formation restent aujourd?hui mal compris. Pourtant, la matière organique complexe ainsi formée est d?un très grand intérêt pour l?exobiologie, et ces aérosols sont capitaux pour la compréhension du climat de ces planètes. Parmi les objets du système solaire possédant une atmosphère dense, Titan est particulièrement intéressant car sa structure est semblable à celle de la Terre. Dans l?atmosphère de Titan, la conversion gaz-solide se fait par des réactions chimiques induites par les photons solaires et des particules énergétiques. Avec la mission Cassini-Huygens, opérationnelle depuis 2005, de nombreuses données ont pu être acquises sur l?atmosphère révélant des processus non prévus avant l?arrivée de la mission. En dépit des fantastiques progrès faits grâce à ces données, il reste aujourd?hui extrêmement difficile de préciser les mécanismes physico-chimiques qui amènent la matière gazeuse à être transformée en particules organiques solides. Ceci vient de la limitation des données nécessaires à préciser ces mécanismes, comme par exemple la connaissance de la composition chimique des aérosols de Titan. Pour ces raisons, les simulations de laboratoire sont donc nécessaires pour caractériser ces processus. L?objectif du projet proposé est de simuler et d?étudier la formation des aérosols de Titan par plasma radio fréquence (RF), ainsi que les propriétés des particules ainsi formées. 2?Description du projet et méthodologie. Le milieu réactif utilisé dans est une décharge RF à couplage capacitif. Dans ce type de plasma les particules solides sont en lévitation électrostatique et croissent en volume sans interaction avec les parois. Ce procédé est donc original puisque jusqu?à présent, les tholins produits par plasma se trouvaient sous forme de dépôt sur des substrats solides, ce qui peut induire des biais dans leur formation ainsi que sur leurs propriétés. L?expérience RF du laboratoire, doit évoluer pour étudier les mécanismes de production des tholins in situ. Les objectifs de ce projet sont les suivants : -étudier les propriétés physico-chimiques des particules organiques solides produites; -étudier l?évolution de la composition gazeuse du plasma au cours de la croissance des particules pour comprendre la relation qu?il existe entre les 2 phases ; -se placer dans des conditions de température proches de celles de Titan pour mener des simulations dans des conditions plus représentatives. -développer une modélisation représentative de la haute atmosphère de Titan -étendre ce travail à d?autres objets du système solaire, les planètes géantes. Pour mener à bien ce projet, des jeunes chercheurs du LATMOS possédant des compétences complémentaires en physico-chimie de la matière organique, physico-chimie gazeuse, et physico chimie des milieux ionisés, se sont associés. Le projet requiert cependant les compétences d?un spécialiste de ce type de milieu réactif, demandé sous forme de post-doc dans ce projet. Une évolution des diagnostics de caractérisation in situ du milieu réactif est également requise, sous la forme de l?ajout d?une spectroscopie IR au dispositif expérimental. 3?Résultats attendus Ce projet devrait permettre une avancée significative dans la compréhension de toute la chaîne de conversion physico-chimique du gaz en solide organique. Cette transition est importante à la fois dans les processus de l?atmopshère de Titan, mais également dans d?autres atmosphères planétaires (planètes géantes). Les résultats obtenus à partir des techniques d?analyse in situ du plasma, serviront à l?interprétation des données des expériences des sondes Cassini et Huygens. Nous devrions ainsi aboutir à une meilleure connaissance des aérosols de Titan, et ainsi contribuer à une meilleure compréhension de la physico chimie de ce satellite, notamment par la modélisation de la chimie de la haute atmosphère.