Analyses thermiques de (bio)carbonates pour la recherche de traces de vie dans les environnements extraterrestres

La recherche de composés organiques d’origine biologique dans les environnements extraterrestres est actuellement la principale stratégie pour détecter de la vie actuelle ou passée. Cependant ces composés organiques sont susceptibles d’évoluer chimiquement voire de se dégrader complètement dans ces environnements. Une alternative consiste à rechercher d’autres produits de l’activité biologique tels que des minéraux, probablement plus résistants aux conditions physico-chimiques extrêmes qui prévalent dans ces environnements et potentiellement capables de préserver dans leur réseau cristallin des composés organiques d’origine biologique. L’objectif est donc de pouvoir distinguer les bio et organo-minéraux de leurs homologues abiotiques en utilisant des instruments proches de ceux des missions spatiales dédiées à ces questions. L’analyse thermique différentielle (ATD) couplée à la chromatographie en phase gazeuse et à la spectrométrie de masse (CPGSM) ainsi que l’ analyse Rock-Eval (RE) présentent des similitudes avec les instruments SAM (Sample Analysis at Mars) de la mission MSL (Mars Science Laboratory) et MOMA (Mars Organic Molecule Analyser) de la mission ExoMars. Ce projet de thèse a cherché à évaluer dans quelle mesure l’utilisation conjointe des paramètres cristallographiques des (bio)minéraux, obtenus par diffraction des rayons X, et des profils de dégradation thermique et d’émission de gaz associée, obtenus par ATD(-CPG-SM) et RE, permet de différencier l’origine microbienne ou abiotique d’échantillons de carbonates. Combinées, ces analyses fournissent des informations chimiques et structurales sur les fractions minéralogiques et organiques des échantillons étudiés avec une distinction entre les composés organiques de surface de ceux piégés dans la structure cristalline des carbonates. La validation d’une telle approche a nécessité la sélection d’une grande diversité d’échantillons de carbonates terrestres d’origines et de compositions variées (Ca, Ca/Mg, Mg), tels que des carbonates naturels abiotiques ou issus d’environnements où la vie microbienne impacte leur formation (e.g., microbialites lacustres anciens et actuelles, cheminées hydrothermales alcalines, geysers continentaux, suintements froids) ainsi que des (bio)carbonates synthétiques de composition connue. À cet effet, des carbonates ont été précipités en laboratoire à l’aide de souches microbiennes carbonatogènes ou par organominéralisation (c.-à-d. en présence uniquement de molécules organiques). Ces données, obtenues dans des conditions analytiques proches de celles des instruments spatiaux, ont permis de construire un modèle chimiométrique basé sur l’analyse en composantes principales (ACP). Un résultat marquant de ces analyses ACP est l’individualisation de groupes distincts d’échantillons de carbonates en fonction de leur processus de minéralisation (bio-/organo-induit ou abiotique). Une telle approche multimodale et statistique pourrait ainsi être utilisée pour la recherche de traces de vie dans des environnements tels que Mars, Encelade et Europe, dans le cadre des explorations spatiales actuelles et futures.

Financée par DIM-ACAV+, Région Ile de France

Mots-clés : carbonates calciques et magnésiens ; analyses thermiques ; analyse multivariée ; Mars ; traces de vie ; biominéraux microbiens ; diffraction des rayons X