COMETOR — Origine de la poussière cométaire

Les poussières cométaires ne peuvent être récoltées que dans les régions terrestres les plus propres, la stratosphère et l'Antarctique. Nous collectons des particules de grande taille (> 50-100 µm) d'origine cométaire très probable dans les neiges proches de la station franco-Italienne Concordia. Ces micrométéorites ultracarbonées (UCAMMs) sont constituées d'une fraction dominante de matière organique (MO) macromoléculaire, intimement mélangée avec une composante minérale mineure. La MO est structurellement désordonnée, avec de larges enrichissements en deuterium et une concentration globale anormalement élevée en azote (jusqu'à 20% at.). Plusieurs types de MO de teneurs en azote différentes coexistent en fait dans les UCAMM, et contiennent des proportions minérales variées. Les minéraux inclus dans la MO ont des tailles typiques autour de 50-100 nm, et sont cristallins ou amorphes, avec une large gamme de compositions. Certains précurseurs de la MO (en particulier la plus riche en N) pourraient avoir été formés par irradiation de glaces riches en azote par le rayonnement cosmique galactique à la surface de petits corps glacés des régions externes du disque protoplanétaire. Les UCAMMs sont exceptionnelles car leurs composants ont préservé l’enregistrement des premiers stades de la formation et de l'évolution du système solaire. L'association de minéraux (formés à haute température) inter-mélangés à de grandes quantités de MO (nécessairement formée à plus basse température) ouvre une nouvelle fenêtre sur l’origine et les mécanismes de formation de la matière provenant des régions externes du système solaire. Nous proposons d’étudier ces mécanismes en suivant les trois questions suivantes : 1. Quelle est l'origine des composants de la matière cométaire? "Système solaire interne et externe ..." 2. Quelles sont les variations de composition de la MO et des minéraux avec la distance héliocentrique? 3. Comment les différents environnements rencontrés (milieu interplanétaire radiatif, atmosphère terrestre, Antarctique) ont-ils modifié les UCAMMs? Ce projet suivra un protocole innovant pour caractériser à la fois la matière organique, les minéraux et leur association au sein UCAMMs, à l’aide de techniques d’analyses de pointe. Des simulations expérimentales de leur évolution depuis l'espace interplanétaire jusqu’à leur collection en Antarctique seront réalisées sur des analogues organiques cométaires, et sur des UCAMMs synthétiques produites en laboratoire. L'originalité de la proposition COMETOR réside en quatre points: (i) la disponibilité d'échantillons cométaires bien préservés; ii) l'analyse de ces particules complexes avec une combinaison de techniques complémentaires de pointe - y compris la spectroscopie infrarouge (IR) couplée à la microscopie à force atomique (AFMIR) qui permettra l'analyse IR à l'échelle de ~ 50-100 nm; iii) la production d'analogues de solides cométaires et l'observation en temps réel de leur évolution sous irradiation grâce à la plateforme unique JANNuS, couplant un microscope électronique à transmission avec deux accélérateurs d'ions; iv) la recherche de composés organiques solubles (y compris les acides aminés) dans les UCAMMs avec la technique de spectrométrie de masse à très haute résolution Orbitrap, pour sonder l'importance de la poussière cométaire pour l'apport de molécules prébiotiques sur la Terre primitive. Les résultats attendus auront des implications dans les domaines de l'astrophysique, de la planétologie-cosmochimie et de l'astrobiologie. Ils apporteront une contribution originale à la compréhension de la formation et de l'évolution de la matière solide des régions externes du disque protoplanétaire. Ils seront cruciaux pour l’interprétation des données de missions spatiales comme Rosetta et Stardust, pour les missions de retour d’échantillons Hayabusa 2 et OSIRIS-REx, ainsi que pour les futures observations de disques protoplanétaires par le télescope spatial James Webb (JWST).