MIRRPLA

Le projet MIRRPLA vise à concevoir une plateforme d'irradiation multifaisceaux inédite pour simuler la synergie des rayonnements spatiaux sur la matière organique primitive, permettant ainsi de mieux comprendre l'origine des molécules prébiotiques et leur évolution dans le système solaire.

MIRRPLA (ANR-22-EXOR-0012) est subventionné dans le cadre du plan France 2030 via le PEPR Exploratoire Origins : Exobiologie, piloté par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR).

Objectifs

Comprendre l'origine de la matière organique primitive lors de la formation et de l'évolution du système solaire est fondamental puisque l'apport de matière organique extraterrestre via les astéroïdes et les comètes est l'une des sources possibles de matière organique disponible à l'époque de la Terre primitive. Dans les environnements astrophysiques, la matière est constamment exposée à des rayonnements multiples (UV, rayons X, électrons et ions des vents solaires, rayons cosmiques et ions piégés dans les magnétosphères). 

Ces différents types de rayonnement agissent simultanément, mais les expériences d'astrophysique de laboratoire existantes sont en général réalisées à l'aide d'une source unique d'irradiation et les effets de synergie ne sont pas étudiés. Il est donc nécessaire de procéder à une irradiation simultanée avec plusieurs faisceaux (photons, ions, électrons) (i) d’analogues de glace astrophysique (contenant de petites molécules telles que H₂O, CO, CO₂, NH₃, CH₃OH) ou d’échantillons solides ex situ pour quantifier la formation de molécules organiques complexes (espèces prébiotiques notamment) en fonction de la composition initiale de la glace et de la température (10-300K) ; (ii) de la matière organique complexe (acides aminés, nucléobases) pour étudier leur résistance sous rayonnement ionisant et pour simuler l'évolution sous irradiation des corps du système solaire. 

Pour cela, l'équipe du projet MIRRPLA construit une plateforme unique d'irradiation multifaisceaux (photons UV, électrons keV et ions keV-GeV) équipée d'un spectromètre infrarouge in-situ et d’un spectromètre de masse. Les molécules organiques formées lors de l'irradiation ou/et du chauffage des glaces seront détectées au moyen de la technique de chromatographie en phase gazeuse et de spectrométrie de masse. Ce nouvel instrument polyvalent, la plateforme MIRRPLA, sera ouvert aux différentes communautés scientifiques (ex : radiobiologie, sciences de l'environnement et des matériaux) ainsi qu'aux industriels via la plateforme d’utilisateurs GANIL-CIMAP-CIRIL.

Des attendus scientifiques

• Étude de l’effet de synergie de l'irradiation multifaisceaux sur la destruction et la formation d'espèces moléculaires dans le volume de l'échantillon, les particules émises vers la phase gazeuse et les résidus de glaces pures ou mixtes ;
• Étude de l'état physique des glaces irradiées, en particulier leur relation avec la chimie de surface invoquée pour les milieux astrophysiques, la surface disponible et sa réactivité étant un problème clé en astrophysique ;
• Étude de la formation de molécules organiques complexes aux interfaces entre les manteaux glacés et les grains de poussière carbonés ;
• Fournir des résidus organiques obtenus par des irradiations aux autres partenaires du PEPR Origins (par exemple : analyse spectrométrie ultra-haute résolution en masse ; les résidus formés au moyen de la plateforme MIRRPLA peuvent être utilisés par d'autres partenaires de PEPR Origins comme "matière primaire" pour étudier son évolution chimique/complexification ultérieure dans différentes conditions environnementales).

Impact

Il existe un intérêt sociétal autour des questions liées à l’origine d'espèces organiques complexes (prébiotiques) sur la Terre primitive. La plateforme sera ouverte à l'ensemble de la communauté scientifique. Des applications sont prévues dans les domaines suivants :

• Santé : il est proposé d'utiliser des faisceaux mixtes combinés (par exemple, des photons et des ions) pour la radiothérapie tumeurs résistantes. MIRRPLA offrira une occasion unique d'étudier les processus fondamentaux en irradiation mixte de biomolécules et de fragments d'ADN pour développer de nouveaux protocoles de traitement du cancer.
• Sciences de l'environnement : les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont produits en combustion et ce sont des intermédiaires clés dans la formation et la croissance des particules de suie. De plus, les nanoparticules carbonées peuvent être recouvertes de glace d'eau dans la partie supérieure de l'atmosphère et être exposées à différents types de rayonnements ionisants. MIRRPLA permettra d'étudier la réactivité d’analogues de suie recouverts de glace d'eau déclenchée par une irradiation ion/photon/électron.
• Sciences des matériaux : cette installation unique permet d'étudier (i) le vieillissement des matériaux sous irradiation mixte environnements (piles à combustible nucléaires, matériaux de réacteurs, céramiques/verres pour le stockage des déchets radioactifs ; polymères); (ii) effets multi-radiations simultanées sur les matériaux utilisés dans les engins spatiaux et les missions spatiales (coque, électronique).