Ion Irradiation of Titan aerosol analogs

Au cours de ses 13 années de fonctionnement, la mission Cassini-Huygens a dévoilé un environnement chimique diversifié sur les lunes de Saturne, Titan et Encelade. Deux résultats clés de cette mission sont pertinents pour cette thèse : la présence de molécules organiques de grande masse dans la haute atmosphère de Titan, probablement des hydrocarbures polyaromatiques azotés (PANH), et la détection d'ions d'oxygène énergétiques provenant d'Encelade et précipitant dans la haute atmosphère de Titan. On pense que ces ions interagissent chimiquement avec les molécules organiques complexes de l'atmosphère. Cette thèse explore le comportement chimique et l'évolution de ces molécules organiques sous irradiation ionique simulée en laboratoire. Trois questions principales sont abordées : (i) Comment l'irradiation ionique influence-t-elle la chimie des molécules organiques complexes ? (ii) L'irradiation permet-elle d'implanter de l'oxygène dans des analogues d'aérosols de Titan ? (iii) Ces processus permettent-ils de synthétiser des molécules importantes sur le plan astrobiologique ? Dans la première étude expérimentale, des films minces d'adénine ont été irradiés avec des ions O$^+$ et Ne$^+$. La spectroscopie infrarouge in situ et la spectrométrie de masse à ultra-haute résolution ex situ (Orbitrap) ont révélé la formation de nouvelles molécules organiques complexes correspondant à des structures de type PANH, ce qui indique une croissance moléculaire induite par l'irradiation. Dans la seconde étude, la pulvérisation de l'adénine irradiée a été analysée à l'aide de la spectrométrie de masse quadripolaire et de la déconvolution de Monte Carlo. Une gamme d'espèces contenant de l'azote et du carbone (par exemple, HCN, C$_2$N$_2$, CH$_4$) a été analysée par spectrométrie de masse quadripolaire et déconvolution de Monte Carlo. Une série d'espèces contenant de l'azote et du carbone (par exemple, HCN, C$_2$N$_2$, CH$_4$) a été identifiée, révélant un mécanisme de rétroaction potentiel dans la chimie atmosphérique de Titan. La troisième campagne expérimentale a porté sur l'implantation d'ions oxygène dans des tholins, analogues en laboratoire des aérosols de Titan. Des ions d'oxygène marqués au $^{18}$O ont été utilisés pour distinguer l'oxygène implanté de la contamination. La spectrométrie de masse du rapport isotopique a confirmé l'incorporation d'oxygène, avec jusqu'à 36$pm$12 ppm dans la fraction insoluble. Cependant, même en utilisant la spectrométrie de masse par résonance cyclotronique ionique à transformée de Fourier (FT-ICR MS), aucune molécule individuelle contenant de l'oxygène n'a pu être identifiée avec certitude, probablement en raison des faibles rendements d'implantation. L'ensemble de ces résultats montre que l'irradiation ionique de substances organiques complexes induit à la fois une croissance moléculaire et une pulvérisation, et que l'implantation d'oxygène est possible. Bien que l'identification de composés astrobiologiques spécifiques reste ouverte, l'oxygé-nation des aérosols dans la haute atmosphère de Titan peut contribuer à l'apport d'oxygène à la surface, ouvrant de nouvelles voies pour les processus astrobiochimiques sur Titan.