À la surface des continents et dans les océans, sous terre ou dans les airs, la vie est partout. Or, si les espèces qui peuplent notre planète revêtent aujourd’hui une diversité sans pareil, il a bien fallu un commencement : quelques molécules d’abord, qui ont interagi, puis de simples cellules.

C’est sur les traces de ces tout premiers êtres vivants que se sont lancés de nombreux scientifiques. De l’Australie au Groenland, du fond de l’Atlantique aux confins de l’espace, ils traquent le moindre indice d’une activité biologique ancestrale. CNRS Le journal les a suivis dans leur quête.

Lire le journal : Pages 20 à 27

 Contact : Sylvie Derenne, DR1 CNRS, sylvie.derenne@upmc.fr, 01 44 27 35 14

Equipe de Géochimie organique et minérale de l’environnement, UMR BioEMCo, Université Pierre et Marie Curie, 4 place Jussieu, 75005 Paris

Les météorites carbonées sont les objets les plus primitifs du système solaire. Elles contiennent jusqu’à 4% de carbone qui se trouve principalement sous la forme de matière organique insoluble (MOI). Cette MOI recèle des informations clés sur l’histoire du système solaire et les processus d’organo-synthèse qui s’y déroulent, processus qui sont actuellement très mal connus. La MOI présente également un intérêt en exobiologie et elle contient des signatures extra-terrestres, caractéristiques qui la différencient de la matière organique terrestre comme celle présente dans les charbons (Binet et al. 2002, 2004). Il est donc essentiel de bien connaître sa structure chimique. Toutefois, de par son caractère insoluble et réfractaire, la caractérisation de cette MOI au niveau moléculaire requiert la mise en œuvre d’une large combinaison de techniques analytiques. De tels travaux ont été menés au cours de la dernière décennie et nous y avons largement contribué. Nous avons ainsi étudié la MOI de plusieurs météorites carbonées par diverses méthodes spectroscopiques (Infra-rouge à transformée de Fourier(IRTF), résonance magnétique nucléaire (RMN) du ¹³C et ¹⁵N à l’état solide, résonance paramagnétique électronique (RPE)), des dégradations chimiques (oxydation au RuO₄) et thermiques (pyrolyses avec ou sans agent méthylant) et des observations par microscopie électronique en transmission à haute résolution (METHR) (Gardinier et al., 2000, Derenne et al., 2005 ; Rémusat et al., 2005a,b ; Gourier et al., 2008 ; Delpoux et al., 2011). L’ensemble des informations acquises au cours de ces études a permis de proposer un modèle de structure moléculaire pour cette MOI et suggère une voie de synthèse, du moins pour le squelette hydrocarboné de cette structure (Derenne et Robert, 2010). La RPE a de plus permis de mettre en évidence des signatures extraterrestres dans la MOI.

L’objectif de ce sujet de thèse est de réaliser une synthèse dans des conditions visant à mimer la formation de la MOI des météorites carbonées. Pour cela, nous adapterons le dispositif expérimental « Nébulotron » décrit dans Robert et al., 2011. Afin d’induire la formation de radicaux organiques de petite taille, nous envisageons d’utiliser un hydrocarbure léger, tel que le pentane, comme substrat. La fraction insoluble produite lors de cette synthèse sera caractérisée par les mêmes techniques que celles précédemment employées pour déterminer la structure moléculaire de la MOI tandis que les hydrocarbures les plus légers seront directement analysés par couplage chromatographie gazeuse/spectrométrie de masse (CG/SM). Ces analyses permettront de tester une voie d’organo-synthèse pour la MO des météorites carbonées. Enfin, la MOI des météorites présente un fort enrichissement en deutérium dont nous avons étudié la localisation au niveau moléculaire (Rémusat et al. , 2006). Des expériences d’échange isotopique ont été menées sur une molécule modèle. Il sera intéressant de reproduire un tel échange avec la matière organique synthétisée dans le « Nébulotron ».

Binet et al. (2002) Geochimica et Cosmochimica Acta 66, 4177-4186. Binet et al. (2004) Meteoritics and Planetary Science 39, 1649-1654. Gardinier et al. (2000) Earth and Planetary Science Letters. 184, 9-21. Derenne et al. (2005) Geochimica et Cosmochimica Acta 69, 3911-3918. Rémusat et al. (2005) Geochimica et Cosmochimica Acta 69, 3919-3932. Rémusat et al. (2005) Geochimica et Cosmochimica Acta 69, 4377-4386. Gourier et al. (2008)  Geochimica et Cosmochimica Acta, 72, 1914-1923. Delpoux et al. (2011) Geochimica et Cosmochimica Acta, 75, 326–336. Derenne et Robert (2010) Meteoritics and Planetary Science, 45, 1461-1475. Marrocchi et al. (2005) Earth and Planetary Science Letters 236, 569-578. Rémusat et al.  (2006) Earth and Planetary Science Letters 243, 15-25

La pluridisciplinarité du sujet implique la mise en commun de compétences diverses. Il sera donc mené en étroite collaboration avec F. Robert (cosmochimie CNRS, MNHN, Paris) afin de bien contraindre les conditions de la synthèse. Les outils de chimie moléculaire sont disponibles et maîtrisés dans le laboratoire de S. Derenne ; de plus, D. Gourier (ChimieParisTech) et J.-N. Rouzaud (Géologie ENS) apporteront leur compétence en RPE et METHR, respectivement.  Il faut noter que cette collaboration a déjà fonctionné lors de l’étude de la MOI.

La structure chimique de la MOI des météorites n’ayant été établie que récemment, aucune tentative de synthèse d’analogue de cette matière organique n’a été envisagée jusqu’à présent. Cette étude sera donc pionnière. Elle est financée par le Labex « Matisse » de l’UPMC.

Etudier la réactivité chimique dans les environnements astrophysiques est un moyen important pour améliorer notre compréhension de l’origine de la matière organique au sein des nuages moléculaires, dans les disques protoplanétaires et, éventuellement, en tant que destination finale, dans notre système solaire. Les simulations en laboratoire de la réactivité qui peut avoir lieu au sein d’analogues de glaces de type cométaires et/ou interstellaires fournissent des indications importantes sur celle qui peut avoir lieu au sein d’objets astrophysiques.

Dans une publication récente dans le journal Astronomy & Astrophysics, une équipe de chercheurs français a utilisé ces simulations expérimentales pour étudier la formation de l’aminoacétonitrile via la synthèse de Strecker, une réaction bien connue en chimie prébiotique qui permet la formation d’acides aminés via leurs dérivés aminonitriles, mais qui cette fois a été montré comme pouvant avoir lieu dans des conditions extrêmes de température et de pression représentatives de milieux astrophysiques. L’aminoacétonitrile est un composé intéressant en astrochimie, car il a été détecté dans SgrB2. Il pourrait ainsi être un réservoir et un précurseur de la glycine, le plus petit des acides aminés, dans différents environnements astrophysiques. Il est ainsi montré qu’en réchauffant une glace préalablement formée à 20K incluant initialement de la méthanimine, de l’ammoniac et du cyanure d’hydrogène, l’ammoniac et le cyanure d’hydrogène réagissent rapidement pour former le sel correspondant [NH₄^{+ -}CN], et que ^–CN réagit la méthanimine pour mener la formation de poly(méthylènimine). La longueur des polymères dépend du rapport initial entre la méthanimine et [NH₄^{+ -}CN]. Lorsque la méthanimine est progressivement diluée dans le sel [NH₄^{+ -}CN], la longueur de chaîne diminue pour aboutir à la formation de l’aminoacétonitrile à 135K. Par conséquent, ces résultats démontrent la possibilité de former l’aminoacétonitrile, un précurseur de la glycine, à travers la réaction de Strecker. L’hydrolyse de l’aminoacétonitrile menant à la glycine ne semble pas pourvoir se faire en conditions astrophysiques, sauf peut être au sein de certains astéroïdes qui auraient pu connaître une phase aqueuse en leur sein.

La molécule d'aminoacetonitrile

Pour en savoir plus :

G. Danger, F. Borget, M. Chomat, F. Duvernay, P. Theulé, J.-C. Guillemin, L. Le Sergeant d’Hendecourt, and T. Chiavassa, Experimental investigation of aminoacetonitrile formation through the Strecker synthesis in astrophysical-like conditions: reactivity of methanimine (CH2NH), ammonia (NH3), and hydrogen cyanide (HCN), A&A 535, A47 (2011)

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Chers SFEènes & SFEens, chères et chers collègues,

 L’année 2011 a été riche en activité pour notre société. En particulier, en juillet beaucoup d’entre vous ont participé à l’organisation ainsi qu’aux sessions scientifiques de la première conférence jointe de l’ISSOL et de Bioastronomy à Montpellier. Origins 2011 a été un grand succès, auquel la SFE a largement contribué et qui a conduit l’ISSOL et Bioastronomy à renouveler cette expérience dans 3 ans, au Japon. L’assemblée générale en novembre dernier a permis de faire le bilan de cette année et de préparer le futur. La table ronde qui a eu lieu l’après midi sur le thème « exoplanètes et exobiologie » a été l’occasion de nombreuses discussions et échanges sur un domaine en pleine expansion.

En 2012 nous nous réunirons – j’espère en grand nombre – à l’occasion des journées de la SFE. Notre « section marseillaise » a proposé de l’organiser dans la région PACA, ce dont je les en remercie très chaleureusement.

En attendant de vous y retrouver, au nom de l’ensemble du Conseil d’administration de la SFE,  je vous souhaite une excellente année 2012, pleine de réussites et de découvertes exobiologiques !

François Raulin

Président de la Société Française d’Exobiologie

L’atelier intitulé « Photochimie en orbite », organisé par Jean-Claude Guillemin (ENSC-Rennes) et Grégoire Danger (PIIM-Univ. Marseille), s’est déroulé Salle de l’Espace au CNES le 8 novembre 2011 et a eu pour objectif de rassembler la communauté scientifique concernée par le développement de missions spatialespour l’étude de processus photochimiques et biochimiques en orbite. Cet atelier a été organisé à la demande de Michel Viso, directeur du programme Exobiologie du CNES, et du Groupe de Travail Exobiologie.

Le but était de demander à la communauté scientifique intéressée par cette thématique de réfléchir aux avantages et inconvénients scientifiques de telles expérimentations et à leur potentialité pour de futures missions. L’irradiation de matière organique dans la gamme UV est primordiale pour l’activation, et l’évolution de celle-ci au sein d’environnements très variables allant des nuages moléculaires, jusqu’au sein des systèmes planétaires comme dans le cas des comètes ou des astéroïdes, ainsi qu’au sein d’atmosphères planétaires.

L’atelier s’est déroulé en trois parties. Dans un premier temps, un état des lieux a été effectué sur les expériences en laboratoire permettant de simuler la réactivité chimique induite par la photochimie au sein d’environnements astrophysiques ou planétaires. Différentes présentations ont ainsi permis de présenter les dispositifs disponibles au sein de nos laboratoires pour simuler ces conditions d’irradiation, et notamment la possibilité de simuler séquentiellement le spectre solaire au sein du synchrotron SOLEIL (présentation Dr. Laurent Nahon), ainsi que de l’importance de cette photochimie que ce soit en conditions astrophysique (grains interstellaires ou cométaires, présentation du Dr. Fabrice Duvernay, PIIM Marseille) ou planétaire (photochimie au sein de l’atmosphère de Titan, présentation du Dr. Nathalie Carrasco, LATMOS). La seconde partie de l’atelier a permis de faire un état des lieux des différentes missions spatiales d’astrochimie en orbite effectuées ou en cours (Dr. M. Bertrand, Univ. Orléans). La plupart de ces missions ont consisté à étudier l’évolution de molécules organiques spécifiques soumises à l’irradiation solaire et autres rayonnements (acides aminés, base nucléique… Pr. Hervé Cottin, LISA ; ou ARN, Pr. Marie-Christine Maurel, AnBiophys), et de comparer ces données à celles obtenues en laboratoire, de manière à estimer la présence ou non d’une différence de réactivité. Malgré l’impossibilité d’utiliser des analyses in situ, les premiers résultats des expériences d’irradiation effectuées en orbite montrent des évolutions notables des composés.

Localisation d’EXPOSE-R (et de l’expérience AMINO) à l’extérieur de la Station Spatiale Internationale

Un autre aspect de ces missions spatiales en orbite est d’obtenir la validation de dispositifs pour de futures missions spatiales interplanétaires, de manière à tester la robustesse de ceux-ci, depuis le lancement jusqu’à leur présence en orbite où ils sont soumis à différents rayonnements qui pourront les dégrader lors de leur transit interplanétaire (résistance des biopuces au sein de l’environnement de l’ISS, Dr. Michel Dobrijevic, LAB). La troisième et dernière partie de l’atelier a consisté en une table ronde centrée autour de la question de l’intérêt scientifique d’effectuer de telles expérimentations en orbite. Pour une partie des personnes présentes, il ressort que les simulations en laboratoire doivent être un préalable à toute mission spatiale. Il a été noté qu’actuellement les apports scientifiques de telles missions sont faibles par rapport aux coûts qu’elles engendrent, surtout en comparaison des expérimentations en laboratoire. Cependant, il est indéniable que ce type de missions engendre des avancées technologiques significatives. De plus, les premières missions ont permis de faire évoluer les systèmes des suivantes, car les premières ne permettaient pas un suivi in situ des expériences embarquées, ni de régulation en température des échantillons. Les prochains dispositifs doivent permettre un suivi in situ par spectroscopie infrarouge et spectrométrie de masse, ainsi qu’une régulation en température des échantillons. Ces avancées technologiques permettront d’améliorer de manière significative les retombées scientifiques des futures missions en orbite. En ce qui concerne l’environnement au sein duquel doivent être mis en orbite les dispositifs, il a été relevé que la station orbitale internationale n’est pas le meilleur endroit, du fait d’importantes pollutions des échantillons provenant de la station. Pour ce qui est de la question centrale de cet atelier, à savoir l’intérêt scientifique de telles expérimentations en orbite, il ressort que le principal intérêt est la possibilité d’effectuer un traitement de plusieurs échantillons en même temps avec toute une gamme de rayonnement (UV, rayons cosmiques…) appliquée en une fois, ce qui est difficilement faisable en laboratoire. Cette approche permettrait d’évaluer l’impact de l’ensemble de ces processus appliqués en une fois sur un système moléculaire donné, par rapport à des études en laboratoire de ces mêmes processus effectués séparément sur le même système moléculaire. Enfin, pour ce que est des différents systèmes chimiques à étudier et expériences à effectuer, il ressort de la première partie de cet atelier, que nombre de réactions peuvent être proposées à partir des expérimentations déjà effectuées en laboratoire.

La complémentarité des expérimentations en orbite et en laboratoire a été particulièrement mise en évidence.

SOMMES-NOUS SEULS DANS L’UNIVERS ?

100 milliards de galaxies, 300 milliards d’étoiles dans la Voie lactée… La Mission  Kepler vient de découvrir une nouvelle exoplanète : le débat scientifique sur la  possibilité d’une vie extra-terrestre est sinon relancé, du moins grand ouvert…

© Wikimedia Commons - 2011 / NASA

  Invités :

- Sophie Bécherel, journaliste scientifique de France Inter

 - François Raulin, professeur à l’Université Paris Est Créteil (UPEC), président de la société française d’exobiologie

 - François Forget, planétologue, Directeur de  recherches au CNRS, Institut Pierre Simon Laplace

- Stéphane Udry, Directeur de l’Observatoire de Genève, professeur au département d’Astronomie à l’université de Genève