Thèse Analyse en Spectrométrie de Masse Gc-MS Hrms de la Matière Organique sur les Mondes Océans - Préparation aux Futures Missions d'Exploration Spatiale H/F - Université Paris-Saclay GS Physique

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France
Laboratoire de recherche : Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales
Direction de la thèse : Caroline FREISSINET ORCID 000000026528330X
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

Les mondes-océan comme Europe, Encelade ou Titan, sont les nouveaux objets du Système solaire à revêtir un fort intérêt pour
l'exobiologie et la planétologie comparée. Les grandes questions sur l'évolution chimique, voire biologique, au sein de ces corps peuvent
trouver des éléments de réponse dans la distribution en matière organique et la recherche de biosignatures chimiques. Pour atteindre ces
objectifs, la chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GCMS) est une méthode capitale, qui a mené à la première
détection de molécules organiques sur Mars. La spectrométrie de masse à très haute résolution OrbitrapTM est une révolution en matière
d'identification moléculaire - elle permet de s'aranchir d'une étape de séparation moléculaire tout en gardant la capacité d'identification
stricte des composés. Cette technique permet d'analyser des composés de plus haute masse moléculaire qu'en GCMS, mais ne permet
pas de diérencier les structures moléculaires (isomérie, énantiomérie). Ainsi, coupler un GCMS et une analyse Orbitrap sur une même
mission spatiale permettrait d'analyser toute la gamme moléculaire susceptible de détecter des biosignatures. L'objectif de la thèse sera
donc de travailler sur ces deux techniques et de les intercomparer, afin de répondre aux objectifs scientifiques des missions et
instruments spatiaux et les préparer.

Le travail du doctorant sera réalisé dans le cadre des activités de recherche liées à ces missions spatiales, toutes essentiellement financées par le CNES. Le sujet de thèse proposé se trouve à l'interface entre les axes techniques et scientifiques, et est ainsi en adéquation avec les enjeux de l'Académie Spatiale d'Île-de-France : développement de méthodes et d'instruments pour l'exploration spatiale, participation à des missions spatiales d'envergure internationale, compréhension fondamentale des processus chimiques à la surface et sous-surface des mondes-océans, et recherche de biosignatures.

Objectif 1 : Compréhension fondamentale de la chimie de l'atmosphère de Titan
La formation des aérosols de Titan, leurs mécanismes de croissance et leur évolution chimique feront partie des grandes lignes
scientifiques de ce travail. Les réactions de ces composés avec des hydrocarbures et de l'eau liquides seront particulièrement étudiées.
Un travail de production d'analogues d'aérosols de Titan représentatifs de certaines strates de son atmosphère (ionosphère, stratosphère
ou surface) sera tout d'abord initié, puis la caractérisation de ces analogues par GC-MS et HRMS-Orbitrap sera mise en place avec un
travail d'inter-comparaison des données.
Objectif 2 : Déterminer le potentiel de détection de biosignatures organiques dans des échantillons représentatifs des mondes-océans
Le doctorant ou la doctorante devra déterminer des environnements naturels représentatifs des mondes-océan et éventuellement
collecter des échantillons. L'étude débutera sur des analogues disponibles au laboratoire : des échantillons du lac Mono (CA, USA) et
système lacustre espagnol Tirez (analogues des océans d'Europe et d'Encelade) et des analogues d'aérosols de l'atmosphère de Titan,
ou tholins. L'étude consistera à caractériser les eets de matrice (sels, eau, ammoniac, minéraux etc.) sur les analyses en GCMS et
Orbitrap. Cette étude aboutira au développement de procédures analytiques, en GCMS et Orbitrap, dédiées à l'analyse de la surface des
mondes-océan.
Pour les objectifs 1 et 2, les outils auxquels l'étudiant sera formé sont des techniques de pointe au coeur des développements actuels
pour le spatial : les GCMS présents au LATMOS équivalents aux instruments DraMS et EMILI, et CORALS au LPC2E. Enfin, un GC-
Orbitrap nouvellement acquis au LGPM (CentraleSupelec) sera utilisé pour compléter les comparaisons de performances.
Objectif 3 : Optimiser la conception et aider au développement du hardware instrumental spatial pour les sous-systèmes en cours de
construction.
Au-delà de la préparation de l'échantillon, l'outil analytique est de première importance. Cette partie du travail sera de participer au
développement technique des instruments en cours de conception et construction, et de participer aux réponses à appel d'ore pour
proposer ces instruments.

Un large panel de profils peuvent être pertinents pour eectuer ce travail
1. Chimiste analytique, physico-chimiste, formation sciences planétaires avec un accent sur l'expérimental (Master de chimie, de chimie
analylique, de planetologie ou d'astronomie/astrophysique)
2. Ingénieur chimiste (exemple non exhaustif d'écoles; INSA, ENSIACET)