Projet SFERE : Développement de la SFE pour le retour d’Echantillons

 

 

L’analyse de la matière organique extraterrestre est cruciale à la compréhension de l’apparition de la vie dans l’univers. Si la chimie prébiotique nous donne des indices sur l’apparition de la vie à partir des briques du vivant, de nombreuses étapes d’apparition de molécules complexes restent à déterminer. Pour cela toutes les étapes de l’analyse ou « briques technologiques » doivent être optimisées : l’extraction, le piégeage, la séparation et l’identification. La première étape de ce processus, l’extraction de la matière organique des différentes matrices extraterrestres, est pourtant limitante. Actuellement, en laboratoire, des techniques d’extraction liquide-solide (ultrasons, Soxhlet) souvent longues ou en plusieurs étapes sont majoritairement utilisées malgré les risques de contamination. In-situ le constat est pire puisque de la désorption thermique est la seule à pouvoir être utilisée dans l’espace, une méthode dont le rendement reste bien inférieur aux autres techniques. C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet SFERE, pour le développement de l’extraction par fluide supercritique de la matière organique extraterrestre. Les autres briques technologiques sont développées en parallèle au sein de l’équipe et d’autres laboratoires français et internationaux selon l’expertise requise.

 

La SFE est une technique qui date des années 50, utilisant majoritairement du CO2 supercritique elle permettait d’extraire les molécules apolaires de diverses matrices. Cependant les molécules cibles en exobiologie sont souvent polaires et ce manque de polyvalence de la SFE explique certainement le fait qu’elle ait été très peu utilisée dans le domaine du spatial jusqu’à présent. Depuis peu, grâce à un fort développement analytique, cet appareil peu utiliser des co-solvants permettant l’extraction d’une grande diversité de famille moléculaires, rendant cette technique beaucoup plus intéressante pour notre domaine. Le passage à l’état supercritique permet d’avoir les avantages à la fois des gaz et des liquides car la diffusivité et la viscosité peuvent être réglées en contrôlant la température et la pression des fluides. La littérature montre des rendement équivalents ou meilleurs que les techniques usuelles tout en réduisant le risque de contamination lors de la manipulation des échantillons. Il s’agit alors d’optimiser les nombreuses variables (température, pression, co-solvants, …) selon les matrices d’intérêt. Nous nous intéressons tout d’abord à l’extraction de la matière organique météoritique et avons pour cela récupéré plusieurs échantillons grâce aux collaborations nationales et internationales développées au sein de l’équipe. L’optimisation des paramètres pour des analogues de sol martien est aussi importante afin de pouvoir se positionner sur le retour d’échantillons martien par la mission Mars Sample Return (MSR) qui devrait avoir lieu au milieu des années 30. La matière extraite peut être récupérée pour analyse par diverses techniques au sein même de notre laboratoire, mais aussi en collaboration afin d’avoir accès à de la spectrométrie de masse haute résolution par exemple. L’appareil est aussi couplé à de la chromatographie supercritique (SFC) qui est un développement récent permettant l’utilisation de colonnes proches de celles utilisées en chromatographie liquide. Le couplage final avec un spectromètre de masse (MS) permet d’analyser au mieux et on-line la matière extraite. La SFE-SFC-MS ne requiert par conséquent aucune intervention humaine après l’introduction de l’échantillon, limitant fortement tout risque de contamination sur la chaine analytique.

 

A court terme l’utilisation de cette technique doit permettre d’améliorer le rendement d’extraction et par conséquent l’analyse d’objets extraterrestres en laboratoire tout en limitant les risques de contamination. Dans un contexte d’augmentation du nombre de mission avec retour d’échantillons (Osiris Rex en 2023, MSR mi-2030 et Moon Mars eXploration prévue pour 2029), une telle expertise placerait le laboratoire à la pointe de la technologie pour l’extraction d’échantillon extraterrestres. A long terme, la spatialisation de cette technique doit être envisagée pour des analyses in-situ. Le laboratoire possède déjà une forte expertise dans le développement et la fabrication d’appareil spatiaux grâce à son département technique.

 

Ce projet est en cours de démarrage puisque qu’il a reçu en 2002 et 2023 le soutien du PEPR Origins, du DIM Origines et d’une ANR JCJC. Les subventions permettront l’achat d’une SFE-SFC-MS et d’un récupérateur d’échantillon courant 2024 ainsi que l’embauche d’un IR pendant 1,5 ans et une thèse qui commenceront tous deux à l’automne 2024. Cette technique étant pour l’instant assez peu développée, elle apporte un avantage technologique au LISA. De plus, cet appareil sera aussi accessible aux autres agents du public et du privé puisqu’il sera intégré à la plateforme analytique PRAMMICS. Plusieurs collaborations sont déjà développées dans le cadre du projet SFERE en particulier avec l’IC2MP (Poitiers), le PIIM (Marseille) et l’IMPMC(Paris).