Evaluation de l'habitabilité de la surface de Mars en inventoriant la matière organique avec les expériences spatiales SAM (mission MSL) et MOMA (mission Exomars)

My Ph.D. thesis focuses on the detection of organic molecules on Mars. I will present the influence of salts on the preservation and detectability of organic molecules at the Mars surface. Chloride salts have been observed at several locations on Mars, but the consequences of their presence in samples containing organic matter are yet to be explored. I conducted laboratory experiments to reproduce conditions in which Martian samples are processed in situ by the instrument suites onboard several Martian probes. I worked on a specific set of instruments present in the analytical chemistry payload of the Viking, Curiosity, and Rosalind Franklin Mars surface probes to analyze in situ the molecular composition of Mars surface samples: Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS). I first tested the influence of chloride salts and a phyllosilicate matrix on preserving organic compounds subjected to UV radiation reaching the Mars surface. The results of this study showed that chloride salts had the potential to preserve organic molecules from photocatalytic degradation and could represent, therefore, excellent candidates for sample analysis. These results led to exploring the influence of chloride salts on several organic compounds of interest for astrobiology during pyrolysis-GC-MS experiments. I showed that during molecular analysis, the presence of these salts could hinder the detection of organic compounds but could also form precursors of chlorinated compounds, as already detected on Mars. Finally, the interaction between inorganic and organic phases in the Martian environment and during in situ analyses led me to explore the detectability of another type of compound: aromatic organic salts. Organic salts are refractory molecules, challenging to detect. I used pyrolysis and derivatization GC-MS techniques as used in the flight instruments to understand the behavior and signature of these compounds. Despite their non-volatile nature, I found that they could be indirectly identified by combining these different techniques. Overall, this Ph.D. thesis aims to help interpreting in situ data as performed by the instruments onboard former, current, and future Martian missions, as well as guide the search for samples that could contain preserved biosignatures.Ma thèse de doctorat porte sur la détection de molécules organiques sur Mars. Je présente l'influence des sels sur la préservation et la détectabilité de ces molécules. En effet, des sels de chlorure ont été observés à plusieurs endroits sur Mars, mais les conséquences de leur présence dans des échantillons contenant de la matière organique restent à explorer. J'ai mené des expériences en laboratoire pour reproduire les conditions dans lesquelles les échantillons martiens sont traités in situ par les suites instrumentales à bord de plusieurs sondes martiennes. J'ai travaillé sur un ensemble spécifique d'instruments présents dans la charge utile des sondes martiennes Viking, Curiosity et Rosalind Franklin afin d'analyser la composition moléculaire des échantillons de la surface de Mars : La chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). J'ai d'abord testé l'influence des sels de chlorure et d'une matrice de phyllosilicate sur la préservation des composés organiques soumis au rayonnement UV. Les résultats de cette étude ont montré que les sels de chlorure avaient le potentiel de préserver les molécules organiques de la dégradation photocatalytique et pouvaient donc représenter d'excellents candidats pour l'analyse moléculaire des échantillons martiens. Ces résultats ont conduit à explorer l'influence des sels de chlorure sur plusieurs composés organiques d'intérêt pour l'astrobiologie au cours d'expériences de pyrolyse-GC-MS. J'ai montré que lors de l'analyse, la présence de ces sels pouvait gêner la détection des composés organiques mais aussi former des précurseurs de composés chlorés, comme cela a déjà été détecté sur Mars. Enfin, l'interaction entre les phases inorganiques et organiques dans l'environnement martien et lors des analyses in situ m'a amené à explorer la détectabilité d'un autre type de composés : les sels organiques aromatiques. Les sels organiques sont des molécules réfractaires, difficiles à détecter. J'ai utilisé les techniques de pyrolyse et de dérivatisation GC-MS utilisées dans les instruments de vol pour comprendre le comportement et la signature de ces composés. Malgré leur nature non volatile, j'ai découvert qu'ils pouvaient être indirectement identifiés en combinant ces différentes techniques. Dans l'ensemble, cette thèse de doctorat vise à faciliter l'interprétation des données in situ obtenues par les instruments embarqués à bord des anciennes, actuelles et futures missions martiennes, ainsi qu'à guider la recherche d'échantillons susceptibles de contenir des biosignatures

Evaluation de l'habitabilité de la surface de Mars en inventoriant la matière organique avec les expériences spatiales SAM (mission MSL) et MOMA (mission Exomars)

My Ph.D. thesis focuses on the detection of organic molecules on Mars. I will present the influence of salts on the preservation and detectability of organic molecules at the Mars surface. Chloride salts have been observed at several locations on Mars, but the consequences of their presence in samples containing organic matter are yet to be explored. I conducted laboratory experiments to reproduce conditions in which Martian samples are processed in situ by the instrument suites onboard several Martian probes. I worked on a specific set of instruments present in the analytical chemistry payload of the Viking, Curiosity, and Rosalind Franklin Mars surface probes to analyze in situ the molecular composition of Mars surface samples: Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS). I first tested the influence of chloride salts and a phyllosilicate matrix on preserving organic compounds subjected to UV radiation reaching the Mars surface. The results of this study showed that chloride salts had the potential to preserve organic molecules from photocatalytic degradation and could represent, therefore, excellent candidates for sample analysis. These results led to exploring the influence of chloride salts on several organic compounds of interest for astrobiology during pyrolysis-GC-MS experiments. I showed that during molecular analysis, the presence of these salts could hinder the detection of organic compounds but could also form precursors of chlorinated compounds, as already detected on Mars. Finally, the interaction between inorganic and organic phases in the Martian environment and during in situ analyses led me to explore the detectability of another type of compound: aromatic organic salts. Organic salts are refractory molecules, challenging to detect. I used pyrolysis and derivatization GC-MS techniques as used in the flight instruments to understand the behavior and signature of these compounds. Despite their non-volatile nature, I found that they could be indirectly identified by combining these different techniques. Overall, this Ph.D. thesis aims to help interpreting in situ data as performed by the instruments onboard former, current, and future Martian missions, as well as guide the search for samples that could contain preserved biosignatures.Ma thèse de doctorat porte sur la détection de molécules organiques sur Mars. Je présente l'influence des sels sur la préservation et la détectabilité de ces molécules. En effet, des sels de chlorure ont été observés à plusieurs endroits sur Mars, mais les conséquences de leur présence dans des échantillons contenant de la matière organique restent à explorer. J'ai mené des expériences en laboratoire pour reproduire les conditions dans lesquelles les échantillons martiens sont traités in situ par les suites instrumentales à bord de plusieurs sondes martiennes. J'ai travaillé sur un ensemble spécifique d'instruments présents dans la charge utile des sondes martiennes Viking, Curiosity et Rosalind Franklin afin d'analyser la composition moléculaire des échantillons de la surface de Mars : La chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). J'ai d'abord testé l'influence des sels de chlorure et d'une matrice de phyllosilicate sur la préservation des composés organiques soumis au rayonnement UV. Les résultats de cette étude ont montré que les sels de chlorure avaient le potentiel de préserver les molécules organiques de la dégradation photocatalytique et pouvaient donc représenter d'excellents candidats pour l'analyse moléculaire des échantillons martiens. Ces résultats ont conduit à explorer l'influence des sels de chlorure sur plusieurs composés organiques d'intérêt pour l'astrobiologie au cours d'expériences de pyrolyse-GC-MS. J'ai montré que lors de l'analyse, la présence de ces sels pouvait gêner la détection des composés organiques mais aussi former des précurseurs de composés chlorés, comme cela a déjà été détecté sur Mars. Enfin, l'interaction entre les phases inorganiques et organiques dans l'environnement martien et lors des analyses in situ m'a amené à explorer la détectabilité d'un autre type de composés : les sels organiques aromatiques. Les sels organiques sont des molécules réfractaires, difficiles à détecter. J'ai utilisé les techniques de pyrolyse et de dérivatisation GC-MS utilisées dans les instruments de vol pour comprendre le comportement et la signature de ces composés. Malgré leur nature non volatile, j'ai découvert qu'ils pouvaient être indirectement identifiés en combinant ces différentes techniques. Dans l'ensemble, cette thèse de doctorat vise à faciliter l'interprétation des données in situ obtenues par les instruments embarqués à bord des anciennes, actuelles et futures missions martiennes, ainsi qu'à guider la recherche d'échantillons susceptibles de contenir des biosignatures

Evaluation de l'habitabilité de la surface de Mars en inventoriant la matière organique avec les expériences spatiales SAM (mission MSL) et MOMA (mission Exomars)

My Ph.D. thesis focuses on the detection of organic molecules on Mars. I will present the influence of salts on the preservation and detectability of organic molecules at the Mars surface. Chloride salts have been observed at several locations on Mars, but the consequences of their presence in samples containing organic matter are yet to be explored. I conducted laboratory experiments to reproduce conditions in which Martian samples are processed in situ by the instrument suites onboard several Martian probes. I worked on a specific set of instruments present in the analytical chemistry payload of the Viking, Curiosity, and Rosalind Franklin Mars surface probes to analyze in situ the molecular composition of Mars surface samples: Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS). I first tested the influence of chloride salts and a phyllosilicate matrix on preserving organic compounds subjected to UV radiation reaching the Mars surface. The results of this study showed that chloride salts had the potential to preserve organic molecules from photocatalytic degradation and could represent, therefore, excellent candidates for sample analysis. These results led to exploring the influence of chloride salts on several organic compounds of interest for astrobiology during pyrolysis-GC-MS experiments. I showed that during molecular analysis, the presence of these salts could hinder the detection of organic compounds but could also form precursors of chlorinated compounds, as already detected on Mars. Finally, the interaction between inorganic and organic phases in the Martian environment and during in situ analyses led me to explore the detectability of another type of compound: aromatic organic salts. Organic salts are refractory molecules, challenging to detect. I used pyrolysis and derivatization GC-MS techniques as used in the flight instruments to understand the behavior and signature of these compounds. Despite their non-volatile nature, I found that they could be indirectly identified by combining these different techniques. Overall, this Ph.D. thesis aims to help interpreting in situ data as performed by the instruments onboard former, current, and future Martian missions, as well as guide the search for samples that could contain preserved biosignatures.Ma thèse de doctorat porte sur la détection de molécules organiques sur Mars. Je présente l'influence des sels sur la préservation et la détectabilité de ces molécules. En effet, des sels de chlorure ont été observés à plusieurs endroits sur Mars, mais les conséquences de leur présence dans des échantillons contenant de la matière organique restent à explorer. J'ai mené des expériences en laboratoire pour reproduire les conditions dans lesquelles les échantillons martiens sont traités in situ par les suites instrumentales à bord de plusieurs sondes martiennes. J'ai travaillé sur un ensemble spécifique d'instruments présents dans la charge utile des sondes martiennes Viking, Curiosity et Rosalind Franklin afin d'analyser la composition moléculaire des échantillons de la surface de Mars : La chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). J'ai d'abord testé l'influence des sels de chlorure et d'une matrice de phyllosilicate sur la préservation des composés organiques soumis au rayonnement UV. Les résultats de cette étude ont montré que les sels de chlorure avaient le potentiel de préserver les molécules organiques de la dégradation photocatalytique et pouvaient donc représenter d'excellents candidats pour l'analyse moléculaire des échantillons martiens. Ces résultats ont conduit à explorer l'influence des sels de chlorure sur plusieurs composés organiques d'intérêt pour l'astrobiologie au cours d'expériences de pyrolyse-GC-MS. J'ai montré que lors de l'analyse, la présence de ces sels pouvait gêner la détection des composés organiques mais aussi former des précurseurs de composés chlorés, comme cela a déjà été détecté sur Mars. Enfin, l'interaction entre les phases inorganiques et organiques dans l'environnement martien et lors des analyses in situ m'a amené à explorer la détectabilité d'un autre type de composés : les sels organiques aromatiques. Les sels organiques sont des molécules réfractaires, difficiles à détecter. J'ai utilisé les techniques de pyrolyse et de dérivatisation GC-MS utilisées dans les instruments de vol pour comprendre le comportement et la signature de ces composés. Malgré leur nature non volatile, j'ai découvert qu'ils pouvaient être indirectement identifiés en combinant ces différentes techniques. Dans l'ensemble, cette thèse de doctorat vise à faciliter l'interprétation des données in situ obtenues par les instruments embarqués à bord des anciennes, actuelles et futures missions martiennes, ainsi qu'à guider la recherche d'échantillons susceptibles de contenir des biosignatures

Udecanoic acid in vermiculite: detection, characterization and UV degradation studies for biosignature identification on Mars

International audienceLaboratory simulations of the Martian conditions are essential to interpret results collected by Mars exploratory missions. Among them, it is crucial to study the degradation and/or the evolution of possible organic biomarkers adsorbed on minerals. It is known that mid-UV radiation is among the main degradation agents on Mars. Laboratory simulations of the harsh Martian conditions can evaluate the preservation likelihood of potential biomarkers on different minerals on Mars1, which in turn support rover missions to select the most appropriate environment to perform in situ analysis.In this work, the interaction and stability of undecanoic acid in vermiculite and in the presence of chloride salts are studied. The vermiculite mineral is a phyllosilicate phase widespread on the Martian surface and characterized by high organic preservation potential2. Moreover, undecanoic acid was chosen as a biomarker as it belongs to the fatty acid family, constituents of cell membranes, and crucial sources of metabolic energy for life as we know it. Finally, geologic environments containing saline minerals are potential areas of biological activity3. Therefore, it is interesting to study the influence of chloride salts on the photodegradation of organic molecules.The samples were prepared using the equilibrium adsorption method. In particular, natural vermiculite, previously pyrolyzed at 500°C to eliminate organic contaminants, was doped with a solution of undecanoic acid in ethanol. To study the effect of the salts, sodium or magnesium chloride were added to some of the samples. The suspensions were kept for 3 h on a stirring plate to reach the equilibrium state during molecular adsorption and then were dried at 50 C°.The samples were analyzed by Diffuse Reflectance InfraRed Fourier Transform Spectroscopy and processed under Martian-like UV irradiation conditions using an experimental setup that allows to monitor the degradation kinetics in situ by infrared spectroscopy analysis. These experiments allowed us to investigate the catalytic/protective behavior of vermiculite and chloride salts on undecanoic acid and the half-lifetime degradation under Martian UV flux

Udecanoic acid in vermiculite: detection, characterization and UV degradation studies for biosignature identification on Mars

International audienceLaboratory simulations of the Martian conditions are essential to interpret results collected by Mars exploratory missions. Among them, it is crucial to study the degradation and/or the evolution of possible organic biomarkers adsorbed on minerals. It is known that mid-UV radiation is among the main degradation agents on Mars. Laboratory simulations of the harsh Martian conditions can evaluate the preservation likelihood of potential biomarkers on different minerals on Mars1, which in turn support rover missions to select the most appropriate environment to perform in situ analysis.In this work, the interaction and stability of undecanoic acid in vermiculite and in the presence of chloride salts are studied. The vermiculite mineral is a phyllosilicate phase widespread on the Martian surface and characterized by high organic preservation potential2. Moreover, undecanoic acid was chosen as a biomarker as it belongs to the fatty acid family, constituents of cell membranes, and crucial sources of metabolic energy for life as we know it. Finally, geologic environments containing saline minerals are potential areas of biological activity3. Therefore, it is interesting to study the influence of chloride salts on the photodegradation of organic molecules.The samples were prepared using the equilibrium adsorption method. In particular, natural vermiculite, previously pyrolyzed at 500°C to eliminate organic contaminants, was doped with a solution of undecanoic acid in ethanol. To study the effect of the salts, sodium or magnesium chloride were added to some of the samples. The suspensions were kept for 3 h on a stirring plate to reach the equilibrium state during molecular adsorption and then were dried at 50 C°.The samples were analyzed by Diffuse Reflectance InfraRed Fourier Transform Spectroscopy and processed under Martian-like UV irradiation conditions using an experimental setup that allows to monitor the degradation kinetics in situ by infrared spectroscopy analysis. These experiments allowed us to investigate the catalytic/protective behavior of vermiculite and chloride salts on undecanoic acid and the half-lifetime degradation under Martian UV flux

Analysis of aromatic organic salts with gas chromatography-mass spectrometry and implications for their detection at Mars surface with in situ experiments

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Analysis of aromatic organic salts with gas chromatography-mass spectrometry and implications for their detection at Mars surface with in situ experiments

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