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La recherche de vie sur Mars et MOMA François Raulin et Noel Grand Réunion OSU-EFLUVE - LISA - 7 février 2014.

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1 La recherche de vie sur Mars et MOMA François Raulin et Noel Grand Réunion OSU-EFLUVE - LISA - 7 février 2014

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3 Mars jeune semblable à la Terre primitive avec une évolution similaire Mais sans impact important de la tectonique et du climat sur son évolution Si la vie a émergé sur Mars primitif, et même si elle a disparu depuis, elle a dû laisser des traces d’une vie passée ou même d’un environnement prébiotique, plus facile à trouver que dans le cas terrestre

4 ExoMars Objectifs Techniques : – Démonstrateur de mise en orbite, – Démonstrateur d’atterrisseur, – Démonstrateur de pilotage d’un Rover, – Préparation des retours d’échantillon et des vols habités Objectifs Scientifiques : – Recherche de traces de vie passée et/ou présente sur Mars – Caractérisation de l’environnement géochimique et aqueux en fonction de la profondeur dans les couches superficielle de sous-surface – Etude des gaz à l’état de trace et de leur sources dans l’atmosphère de Mars

5 ExoMars : Présentation de la Mission Première mission du programme Aurora de l’ESA incluant des vols habités vers Mars : – Recherche et étude de structures organiques martiennes – Démonstration technologique (atterrisseur, rover, foreuse), Deux lancements (lanceurs russes) : – 2016 : Orbiter (telecom) + Lander (démonstrateur) – 2018 : Rover (science)

6 ExoMars vs MSL Missions très proches dans leurs objectifs mais MSL est NASA et ExoMars ESA (+ ROSCOSMOS) … – Rover Curiosity de classe 900Kg – Rover Européen de classe 300Kg – Principale restriction à la détection de composés organiques sur Mars via MSL : Analyse de la surface et de l’Atmosphère (or très forte oxydation) – C’est pourquoi ExoMars a une foreuse pouvant creuser à deux mètres de profondeur – Sinon techno différentes : RHU vs Panneaux Solaires, etc.

7 ExoMars 2018 : Rover avec foreuse sur Mars

8 SPDS : Chaine d’extraction de l’échantillon solide du sol (foreuse), de broyage pour le rendre poudreux et de distribution vers les instruments

9 ExoMars Planning

10 ExoMars : Planning ExoMars est en fin de phase B. – PDR passée – Passage en phase C cet été Points Clefs : – STM : livraison juillet 2014 – EQM : livraison novembre 2014 – FM : Septembre 2015 – Lancement 2018

11 MOMA : GC/LD MS Mars Organic Molecule Ana lyser Instrument Principal de la Charge Utile pour la question de la présence de traces de vie passées ou présentes à la surface et sub-surface de Mars Spectromètre de Masse couplé soit à un Chromatographe en Phase Gazeuse soit a un Laser (pour faire de la désorption). 32 fours permettent l’analyse d’échantillons solides par GC-MS (et dérivatisation) Un réservoir ré-emplissable permet de faire du LD-MS d’échantillon solides

12 MOMA : Présentation

13 MOMA : Organisation MPS (Allemagne) : Laser, Fours, TS – Fred Goesmann (PI) – Olaf Roders (CdP) – Eckhard Steinmetz (IS) Goddard-NASA (US) : MS and Main Electronic – Paul Mahaffy, will Brinckerhoff : Instrument Managers LISA/LATMOS (France) : GC – Francois Raulin (PI), Cyril Szopa (Co-PI) – Noël Grand (CdP et IS)

14 MOMA Modules and Responsibilities F. Goesmann, 5. February 2014

15 MOMA-GC : le Principe Chromatographic column=tube where the separation occurs (core of the GC) Parameters controlling the separation:  nature of the compounds to analyze  nature of the stationary phase (selectivity)  columns dimensions (length (L), internal diameter (ID), stationary phase thickness (d f ))  operating conditions (temperature, pressure drop) Stationary phase Chromatogram Chromatographic column Sample Principle of gas chromatography Chromatographic column Efficiency, resolution (power of separation)

16 16 Pas de colonne universelle en CPG => Utilisation de 4 colonnes complémentaires Restek Q-Bond or U-Bond Séparation des hydrocarbures en C1-C4, des composés inorganiques soufrés et d’autres composés inorganiques Restek MXT-5 Séparation des composés organiques y compris des hydrocarbures de PM moyen, de composés moyennement polaires, de composés semi volatils et des composés dérivatisés Restek CLP Séparation de composés organiques polaires de PM élevé Agilent CP-Chirasil-Dex-CB column Séparation d’énantiomères

17 MOMA-GC : le détecteur Detector development Detection limit in the order of 1 ppm this TCD is a Varian product, already miniaturized and spatialized for the COSAC Experiment onboard the ROSETTA Mission (ESA)

18 He Tank M T1 T2 Reverse Flow GC M2 GC M1 GC M4 GC M3 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 Vtank Filters C1 C2C3 J1 J2J3 J4 J5 J6 J7 J8J9 J10 J11 Gas Flow MOMA-GC With GC-MS interface Version Redondée T : Trap, GCM : GC Module, V : Valve, J : Jonction, C : Connector V18 V19 VSingleShot V20 V21 V22 V23 V24 V25 V26 V27 V28 C4 C5 Exhaust MS Splitter V29 V30

19 GC FM Design F. Goesmann, 5. February 2014 Consolidated design : -Structural Simulations ok, -Thermal Simulations ok, -Electronic Design Ready Valves Mitigation : -HsG Valve Base line (vibration tests done, thermal one in february) -Vibration tests done at MPS (december 2013) -New concept in study -Decision point in February Derivatisation Capsule Qualification in Progress

20 MOMA : Prototype

21 GC-MS Brassboard Coupling F. Goesmann, 5. February /14 MS GC Split Manifold GC-MS Testing Feb First end-to-end demonstration of functional performance of entire MOMA suite (oven, split manifold, GC and MS brassboards) Gas and liquid calibration compounds successfully separated and detected Implementation of automatic gain control tested for EI mode of operation Effect of GC trap temperature and saturation on background measured Detection limit of end-to-end system determined Total Ion Chromatogram Selected Ion Chromatograms TIC signal AGC trace Hexane Benzene Hexane Pentane Butane Column TCD Trap Oven Separation of hydrocarbon mixture on the GC brassboard 6 and GB2 MS brassboard

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26 MOMA AGM Greenbelt Nov 3-7, "Direct" mode Trap (-30°C/0°C) Sample Trap (300°C) GC/MS "Backflush" mode Step 1 Step 2 Trap (-30°C/0°C) Sample Trap (300°C) GC/MS Step 1 Step 2 2 traps (Tenax) used in « Direct » or « Backflush » mode

27 MOMA AGM Greenbelt Nov 3-7, Chemical Derivatization : 3 different reagents

28 From Bibring et al, Science, : From prebiotic chemistry to life

29 Le sol martien a été analysé en détail par les instruments des 2 sondes Viking, à partir de 1976, récemment par les instruments de Phoenix et actuellement de MSL.  Aucun signe clair et non ambigü d’une vie présente ou passée n’a été trouvé  Aucune trace de composé organique volatil n’a été clairement mise en évidence.  Or, la matière organique doit être présente sur Mars (météorites etc.. ) Les données recueillies par les nombreuses missions qui ont exploré Mars depuis Viking, montrent des régions très sèches depuis 3 milliards d’années – contrastées avec les régions humides (lits fluviatiles, sulphate minéraux signes de la présence de composés soufrés dissous dans l’eau liquide, etc).  Nécessité d’explorer ces dernières et d’y rechercher les matériaux organiques (abiotique ou biotique) ou des biominéraux. Seuls les 1er cm du sol ont été analysés et les données suggèrent la présence d’oxydants puissants dans le sol  nécessité de tenir compte de ces données pour les futures missions  nécessité d’avoir accès aux échantillons plus profonds Présence de composés réfractaires produits par l’oxydation  nécessité d’utiliser une pyrolyse à plus haute température que Viking  ou des techniques de dérivatisation chimique


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