7 Septembre 2016

Des macromolécules détectées par Rosetta dans la comète Tchoury

La mission européenne Rosetta a détecté dans la chevelure de la comète Tchoury (67P/Churyumov-Gerasimenko) des macromolécules organiques. 4 questions à Nicolas Fray, astrochimiste et premier auteur de l'article publié le 7 septembre 2016 dans la revue Nature.

L'un des objectifs de la mission Rosetta est de dresser un inventaire le plus complet possible des ingrédients chimiques constituant le noyau de la comète 67P/ Churyumov-Gerasimenko. Où en sommes-nous ?

Jusqu’à maintenant, les scientifiques avaient surtout détecté des éléments gazeux dans « l’atmosphère de la comète » (coma) et provenant de sa surface.

L'un des instruments de la sonde, ROSINA, a mesuré une très grande diversité de molécules gazeuses relativement légères dans la coma, dont l’azote moléculaire, l’oxygène moléculaire ou encore récemment la glycine. Ces mesures ont été complétées par la détection d'autres molécules en phase gazeuse mesurées à la surface du noyau par les instruments COSAC et PTOLEMY à bord de l'atterrisseur Philae.

Des éléments solides ont également pu être identifiés. L’instrument VIRTIS a déterminé que la glace d’eau est présente à la surface du noyau. Depuis août 2014, l’instrument COSIMA a collecté plusieurs dizaines de milliers de petits grains solides éjectés du noyau de la comète. Certains de ces fragments ont été analysés à bord de Rosetta et COSIMA a pu identifier les éléments constituant les minéraux réfractaires comme le sodium, le magnésium, le fer, le silicium, l’aluminium ou le calcium.

Mais surtout, COSIMA a détecté des macromolécules organiques qui font l’objet de la publication dans la revue Nature.

En quoi la détection de macromolécules organiques présentes à l’état solide dans les particules de la comète est-elle importante ?

Cette matière est si complexe qu'on ne peut pas la représenter par une formule chimique, ni même la dénommer suivant la nomenclature chimique usuelle. Elle présente des analogies avec la matière organique insoluble des météorites carbonées, mais elle contient plus d'hydrogène que celle-ci, ce qui laisse penser qu'elle serait plus primitive. Elle aurait été mieux préservée dans les comètes que la forme présente dans les météorites qui a été chauffée et transformée depuis son origine. La matière organique détectée par COSIMA dans les grains cométaires résulterait donc de processus présents lors de la  formation du Système solaire.

Le noyau de Tchoury se serait formé à partir de plusieurs sources, est-ce que vos découvertes étayent cette hypothèse ?

En s’appuyant, entre autres, sur des simulations en laboratoire, les chercheurs s’attendaient à trouver une multitude de molécules organiques, avec des formules dans le prolongement de ce qui a été détecté en phase gazeuse, mais de masse moléculaire plus importante, sous forme solide et avec des structures bien définies. Ces molécules de masses intermédiaires n’ont pour l’instant pas été détectées en phase solide dans les grains cométaires.

La discontinuité entre les familles de composés gazeux détectés par les autres instruments de Rosetta, et cette phase organique macromoléculaire mise en évidence par COSIMA, suggère en effet qu'il pourrait y avoir plusieurs sources distinctes de matière organique qui ont été mélangées lors de la formation du noyau cométaire.

Quels laboratoires français sont impliqués dans ces résultats et quel a été le rôle du CNES ?

Les scientifiques français impliqués dans COSIMA appartiennent à plusieurs laboratoires du CNRS : le LISA à Créteil, le LPC2E à Orléans, l’IAS à Orsay, l’IPAG à Grenoble et le CSNSM à Orsay. Leurs travaux ont été financés en grande partie par le CNES et le Labex ESEP et ce résultat n'aurait pas été obtenu sans les thèses cofinancées par le CNES de Léna Le Roy et Anaïs Bardyn. Enfin, le canon à ions de COSIMA a été réalisé au LPC2E avec un financement du CNES.


Nicolas Fray est maître de conférences en physique à l'université Paris-Est Créteil (UPEC), au Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA-CNRS). Ses travaux de recherches sont principalement consacrés à la caractérisation de la matière organique cométaire grâce à des expérimentations en laboratoire et des observations in-situ.  Il est aussi membre du groupe de travail "Exobiologie, Exoplanètes et Protection Planétaire" du CNES.
© Nicolas Fray 


Images de deux grains cométaires, appelées Kenneth et Juliette, collectées et analysées par l’instrument COSIMA, et dans lesquelles des macromolécules organiques ont été détectées.
© ESA/Rosetta/MPS for COSIMA Team MPS/CSNSM/UNIBW/TUORLA/IWF/IAS/ESA/BUW/MPE/LPC2E/LCM/FMI/UTU/LISA/UOFC/vH&S/ Fray et al (2016)


Comparaison entre un spectre de masse mesuré par l’instrument COSIMA de la sonde Rosetta sur le grain cométaire Kenneth, et des macromolécules (IOM, Insoluble Organic Matter) extraites de la météorite de Murchison. Les spectres rouges sont mesurés sur les échantillons, et les spectres noirs à proximité, comme références instrumentales. Les IOM météoritiques sont les seules molécules de la bibliothèque de spectres de références de l’instrument présentant une similarité avec les échantillons cométaires. La comparaison entre l’intensité des pics attribués à CH+, CH2+ et CH3+ et l’intensité du pic attribué à C+ dans les deux échantillons laisse penser que la matière cométaire est plus riche en hydrogène, et donc plus primitive que la matière météoritique connue à ce jour.
© ESA/Rosetta/MPS for COSIMA Team MPS/CSNSM/UNIBW/TUORLA/IWF/IAS/ESA/BUW/MPE/LPC2E/LCM/FMI/UTU/LISA/UOFC/vH&S/ Fray et al (2016)

Références

Fray, N., Bardyn, A., Cottin, H., Altwegg, K., Baklouti, D., Briois, C., Colangeli, L., Engrand, C., Fischer, H., Glasmachers, A., Grün, E., Haerendel, G., Henkel, H., Höfner, H., Hornung, K., Jessberger, E.K., Koch, A., Krüger, H., Langevin, Y., Lehto, H., Lehto, K., Roy, L.L., Merouane, S., Modica, P., Orthous-Daunay, F.-R., Paquette, J., Raulin, F., Rynö, J., Schulz, R., Silén, J., Siljeström, S., Steiger, W., Stenzel, O., Stephan, T., Thirkell, L., Thomas, R., Torkar, K., Varmuza, K., Wanczek, K.-P., Zaprudin, B., Kissel, J. and Hilchenbach, M. (7 septembre 2016), High-molecular-weight organic matter in the particles of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, Nature, doi:10.1038/nature19320.

Contacts

Contacts scientifiques

  • Nicolas Fray, astrochimiste au LISA, nicolas.fray at lisa.u-pec.fr
  • Hervé Cottin, astrochimiste au LISA, herve.cottin at lisa.u-pec.fr

Contacts au CNES

  • Francis Rocard, responsable des programmes d’exploration du Système solaire, francis.rocard at cnes.fr
  • Michel Viso, responsable du programme Exobiologie, Exoplanètes et Protection planétaire, michel.viso at cnes.fr

Pour en savoir plus

Hervé Cottin vous explique tout sur twitter