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