l’expérience pampre pour simuler la chimie de la haute atmosphère de titan
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L’expérience PAMPRE pour simuler la chimie de la haute atmosphère de
Titan
Atelier Pole Système Solaire IPSL – 17-18 Avril 2013
Thomas Gautier, LATMOS
Pourquoi Titan?• Atmosphère dense (~1.5 bar au sol)
N2/CH4 (98/2)
• PhotochimieN2 / CH4 + h CxHyNz
• Formation de composés en phase gaz puis aerosols
• Matière organique complexe (intérêt prébiotique)
Les observables de Cassini – Huygens (utiles pour PAMPRE)
• Ionosphere: Instruments in-situ (INMS & CAPS)– Composition phase gaz– Initiation de la formation des aerosols
• No data-sphere!!
• Stratosphere: spectroscopie à distance (CIRS & VIMS)– Propriétés optiques des aérosols
Expérience PAMPRE
• P= 1 mbar
• T=300 K
• N2/CH4
• 0%<CH4<10%
Etude de la phase Gaz (1/3)• Piégage cryogénique + GC-MS => identification des
espèces en phase gaz + concentration relatives
Gautier et al. 2011, Icarus
Chromatogramme de la phase gaz concentrée dans le piège froid
Etude de la phase gaz (2/3)• >30 espèces détectées
• Les plus intenses sont également présentes sur Titan
• Espèces majoritaires:– Nitriles (HCN, CH3CN
…)– C2
Gautier et al. 2011, Icarus
Etude de la phase Gaz (3/3)• Nitrile:
– Quantification relative
– Décroissance en loi de puissance
– Vérifié sur les mesures de Cassini et dans les modèles de chimie atmo.
=> Premier proxy pour de prédire la concentration des composés sous la limite de détection de Cassini
Gautier et al. 2011, Icarus
Concentration relative des nitriles en fonction de leur nombre de carbone.
Propriétés optique des aérosols• Moyen et lointain IR• Bandes "classiques"
(CH3,CH2, NH, CN …)
• Comparaison avec CIRS et VIMS
• Bonne correspondance des spectres– Bandes à 2900
=> aerosols– Identification de
nouvelles bandes dans le FIR
Gautier et al. 2012, Icarus
Manque de données sur les fonctions azotés (CN ~2200 cm-1 et NH~3300 cm-1) sur les aérosols de Titan
Composition chimique• Labo => accès aux techniques de pointes• Orbitrap: MS haute résolution (Δm/m > 200 000)• Accès à la composition chimique exacte des tholins
100 150 200 250 3000
2
4
6
8
10
12
14
16
18x 10
5
m/z
inte
nsity
submitted to Anal. Chem
Composition chimique
130 135 140 145 1500
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5x 10
5
m/z
inte
nsity
submitted to Anal. Chem
• Labo => accès aux techniques de pointes• Orbitrap: MS haute résolution (Δm/m > 200 000)• Accès à la composition chimique exacte des tholins
142.06 142.08 142.1 142.12 142.140
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10x 10
4 tholins 5%
m/z
inte
nsity
Composition chimique
• Possible d'attribuer une formule brute à chaque composé
• Grande complexité du matériau (~15 000 espèces détectées)
• Structure co- polymerique
• Analyse statistique possible
submitted to Anal. Chem
• Labo => accès aux techniques de pointes• Orbitrap: MS haute résolution (Δm/m > 200 000)• Accès à la composition chimique exacte des tholins
Conclusion• Il est possible de simuler globalement la chimie
atmosphérique de Titan ainsi que la formation des aérosols.
• Bon accord entre les données de labo et les observables
• => Support aux observations / modèles
• => Permet d’aller bcp plus loin dans l’analyse des aérosols
• Donne des pistes pour les futures missions sur ce qu’il faudrait pouvoir observer
Merci de votre attention
Composition chimique• Formules brutes =>
analyse stat
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