Description du sujet de thèse

Le CNRS et l'Université d'Arizona développent différents projets scientifiques au sein d'une initiative collaborative intitulée « In search of habitable worlds, in the solar system and beyond ». Celle-ci se décline en projets dont l'un est dénommé « Linking Cryovolcanism and Space weathering on Europa”. Il vise à lier le cryovolcanisme et l'altération de la surface par particules énergétiques (« space weathering ») à la surface d'Europe, satellite glacé du Jupiter.

Ce projet consiste d'une part à étudier les mécanismes de transports potentiels entre l'océan interne d'Europe et la surface et d'autre part à investiguer l'évolution chimique des matériaux déposés par cryovolcanisme sur la surface d'Europe, et en particulier le devenir des espèces organiques.

La première partie, concernant les mécanismes de transport, est conduite à l'université d'Arizona à Tucson. La seconde est conduite concomitamment en France dans les laboratoires de l'Institut Origines d'Aix-Marseille Université, le volet expérimental étant mené au PIIM (UMR 7345 AMU CNRS). C'est dans ce volet que s'inscrit cette thèse, partie d'un doctorat préparé à Aix-Marseille Université. Ce doctorat sera financé par un contrat doctoral. Ainsi, la personne retenue sera salariée du CNRS affectée au laboratoire PIIM pendant 3 ans.

Dans le déroulement de cette partie de projet, le PIIM va suivre une approche expérimentale –irradiation d'échantillons de glaces analogue de la surface d'Europe dans des chambres à vide- pour déterminer comment les processus radiolytiques font évoluer la surface du point de vue physico-chimique et comment la nature de la glace (composition et structure) influence cette évolution. Au cours de sa thèse, la personne sélectionnée travaillera sur l'évolution du plan expérimental, l'exécution des expériences et l'interprétation des données résultantes.

Les cibles glacées à irradier comprendront une matrice de glace d'eau et un composé organique d'intérêt (c'est-à-dire, alcool, amine, acide carboxylique) ; avec possible ajout de composés apportant d'autres hétéroatomes (azote, soufre). Des composés plus complexes pouvant être des bio-indicateurs (mixtures d'acides aminés) seront également considérées. Des expériences seront en parallèle réalisées au GANIL en utilisant une source d'ions. Il sera possible de comparer la réactivité induite par ces différentes sources.

Le résidu organique réfractaire obtenu à la fin de l'expérience (après sublimation des composés les plus volatils) sera également analysé chez nos partenaires par spectrométrie de masse Ultra-Haute Résolution, pour déterminer les propriétés de la matière réfractaire qui pourrait se former à la surface d'Europe.

Ce travail permettra notamment de :
1) caractériser les mécanismes de traitement des composés organiques dans les dépôts de glace de surface sur Europe ;
2) caractériser les voies de réaction et les produits rendus possibles par la présence de soufre et d'azote ;
3) déterminer les caractéristiques chimiques (par chromatographie gazeuse et spectrométrie de masse), physiques et spectrales (dans l'infrarouge moyen et proche) des produits organiques dans l'environnement de surface sur Europe ;
4) de fournir des résultats qui aideront l'interprétation des données des missions spatiales JUICE et EUROPA CLIPPER, qui ont pour objectif commun d'étudier Europe.

Publications liées au projet :
• Tenelanda-Osorio, L., Bouquet, A. et al. (2022) Effect of the UV dose on the formation of complex organic molecules in astrophysical ices: irradiation of methanol ices at 20 K and 80 K. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 515(4), 5009-5017
• Ruf, A., Bouquet, A., et al., (2021). “Sulfur ion irradiation experiments simulating space weathering of Solar System body surfaces-Organosulfur compound formation”. Astronomy & Astrophysics, 655, A74.
• Ruf, Bouquet, et al., “Organosulfur Compounds Formed by Sulfur Ion Bombardment of Astrophysical Ice Analogs: Implications for Moons, Comets, and Kuiper Belt Objects,” Astrophys. J. Lett., vol. 885, no. 2, p. L40, 2019.

Contexte de travail

L'activité se déroulera sur le site universitaire de Saint-Jérôme à Marseille. Le laboratoire PIIM est classé en zone à régime restrictif (ZRR) qui nécessite l'attribution d'une autorisation d'accès spécifique.

La personne recrutée travaillera au sein des équipes de recherche ASTRO (Astrochimie, Spectroscopie, Théorie, Réactivité, Origines) et H2M (Hydrogène, Molécules, Matériaux) du laboratoire PIIM, reconnues pour leurs activités expérimentales en astrochimie, qui combinent les techniques sous vide classiques avec la chimie analytique de pointe. L'ensemble des outils numériques et d'expérimentation des équipes seront mis à sa disposition.

Une partie du travail sera également conduite dans les installations de Grand Accélérateur National d'Ions Lourds (GANIL) à Caen pour la préparation d'échantillons, et au laboratoire COBRA de Rouen pour l'analyse de matière solide par spectrométrie de masse ultra-haute résolution. Des déplacements aux Etats-Unis pour interagir avec l'équipe de l'Université d'Arizona sont également à prévoir ; des interactions avec les équipes des instruments spatiaux les plus concernés (sur la mission américaine Europa Clipper et la mission Européenne JUICE) auront également lieu.

Des interactions régulières avec les autres laboratoires de l'Institut Origines permettront des échanges sur les thématiques connectées au sujet de thèse (connexion de ce travail avec modélisation des lunes de glace, instruments spatiaux…).

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

• Risque lié aux rayonnements ionisants,
• Risque laser,
• Risque chimique et le risque lié à la manipulation de bouteilles de gaz sous pression,
• Travail sur écran.

Informations complémentaires

Un master en chimie analytique et/ou chimie physique est attendue ; une expérience avec une des techniques mentionnées plus haut et/ou avec les systèmes Ultra-Vide est un fort avantage. La connaissance d'un langage informatique comme Python pour aider à l'analyse de données est aussi un avantage important. Une culture en termes de planétologie est appréciée.

Des qualités importantes de communication écrite et orale en anglais sont attendues. L'aptitude à travailler en équipe, l'autonomie, et l'esprit d'initiative sont également demandés.