Thèse aux Origines de la Vie Traquer et Analyser les Molécules Organiques Complexes des Astéroïdes Bennu et Ryugu H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Interfaces : matériaux, systèmes, usages Laboratoire de recherche : LGPM - Laboratoire de Génie des Procédés et Matériaux Direction de la thèse : Arnaud BUCH ORCID 0000000220977252 Début de la thèse : 2026-09-01 Date limite de candidature : 2026-07-01T23:59:59 Les astéroïdes Bennu et Ryugu, explorés par les missions OSIRIS-REx et Hayabusa2, renferment des composés organiques primordiaux essentiels pour comprendre l'émergence de la vie. Ces corps célestes, classés comme chondrites carbonées, contiennent une matière organique à la fois soluble et insoluble, incluant des molécules rares comme les organophosphatés ou les organomagnésiens. L'objectif de cette thèse est d'analyser ces composés exotiques, encore peu étudiés, pour identifier leur rôle dans la chimie prébiotique.
En combinant spectroscopie (Raman, infrarouge) et spectrométrie de masse, le travail vise à optimiser des protocoles d'extraction non destructifs pour préserver ces échantillons uniques. Une attention particulière sera portée sur la distinction entre molécules d'origine abiotique (issues de processus chimiques) et celles potentiellement liées à des mécanismes biotiques.
Ces recherches s'inscrivent dans une collaboration internationale (LGPM, NASA, JAXA) et prépareront les futures missions spatiales, comme ExoMars ou Dragonfly, dédiées à l'exploration des mondes océaniques. En révélant les secrets moléculaires de Bennu et Ryugu, ce projet éclaire les mécanismes de complexification de la matière organique et son rôle dans l'apparition de la vie sur Terre. L'étude de l'origine de la matière organique et de son évolution est une des composantes de l'astrobiologie et de son pendant la recherche de l'origine de la vie sur terre et au-delà. Deux types de matière organique peuvent être identifiée celle d'origine abiotique (non liée à la vie) et celle d'origine biotique (issue du vivant). Il existe un lien étroit entre ces deux types de matière organique puisque la vie telle que nous la connaissons ne peut émerger qu'à partir de matière abiotique. Il est donc impératif de mieux cerner l'origine et les conditions physico-chimique de son évolution et de sa préservation. Pour se faire nous nous intéressons à la caractérisation des sources de matière organique sur terre ou dans notre système solaire (e.g., dans les météorites, les astéroïdes, les comètes et même à la surface d'autres systèmes planétaires comme Mars et Titan). Au travers de l'étude de la matière organique primordiale, l'objectif de la thèse est d'affiner nos connaissances des environnements extraterrestres et terrestres ayant pu abriter les premières briques fondamentales du vivant et de mieux comprendre les phénomènes de complexification de cette matière organique. Pour se faire le doctorant aura pour mission de poursuivre les développements méthodologiques et analytiques actuels afin d'analyser et caractériser des molécules « exotiques » encore peu investigués sur Terre et encore moins au sein d'échantillons extraterrestres. C'est en particulier le cas des composés organophosphatés, organosoufrés et organomagnésiens. Les techniques d'analyse utilisées au laboratoire (LGPM-CentraleSupélec) incluent, sans s'y limiter, des méthodes d'analyse physico-chimique allant de l'optimisation du traitement de l'échantillon à l'analyse par spectroscopie (à l'échelle du mm et du µm) et par spectrométrie de masse sur des grains de quelques mm. Parallèlement à ces études, des optimisations analytiques pourront être appliquées à l'étude d'environnements extrêmes et aux futurs analyses in situ sur les mondes océans (e.g., Titan, Europa, Enceladus) investigués par des missions spatiales sur lesquelles le LGPM est impliqué à la fois pour la préparation du traitement d'échantillons et le développement d'instruments spatiaux : Mars Science Laboratory (depuis 2012), ExoMars (2028), Dragonfly (2028). Après une études bibliographique exhaustive sur l'état des connaissances actuelles sur l'évolution et la préservation de la matière organique primordiale, la thèse s'articulera autours de deux grands axes :
1. L'étude d'échantillons rares et précieux : Cette thématique devra englober à la fois la problématique du traitement de l'échantillon et celle de son analyse. L'étudiant aura pour mission de développer des techniques de préparation, si possible non destructives, puis d'utiliser les techniques d'analyse les plus appropriées pour caractériser l'intégralité des composantes organiques et minéralogiques. Ces analyses seront réalisées, sans s'y limiter, sur des échantillons de météorites et sur quelques grains rares issus des astéroïdes Bennu et Ryugu. Elles suivront une chaîne analytique complète, allant de l'analyse de surface non destructive ou peu destructive (microscopie, spectroscopie infrarouge et Raman) à des analyses destructives (spectrométrie de masse).

2. L'étude théorique de la description et de la discrimination d'une ligne de base géochimique :

Il s'agira de différencier les molécules ayant évolué dans les météorites et/ou les astéroïdes de celles issues du nuage solaire primitif, produit après la formation de notre système solaire. Les molécules organiques produites par voie biologique présentent des caractéristiques de complexité, de distribution et d'abondance distinctes de celles formées par la chimie abiotique. Les protocoles développés au cours de la thèse examineront l'inventaire organique des échantillons retournés à l'aide de multiples techniques, notamment des évaluations morphologiques et spectrales, afin de déterminer si des signaux dépassent la valeur de référence abiotique. Autrement dit, il s'agira de vérifier si l'inventaire moléculaire organique peut être expliqué uniquement par la synthèse chimique abiotique.

Si possible l'étudiant(e) doit avoir des connaissances dans un ou plusieurs de ces domaines scientifiques : géologie, chimie analytique, physico-chimie et biologie.