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Recherche instrumentale

Spectrométrie de masse haute résolution : Cosmorbitrap

L’équipe de planétologie, pilote depuis 2009, conjointement avec 4 autres laboratoires français du CNRS (LATMOS, LISA, IPAG et CSNSM), une activité de recherche instrumentale, prénommée Cosmorbitrap, visant le développement pour le spatial d’une nouvelle génération d’analyseur à haute résolution en masse basé sur la technique Orbitrap™, pour des analyses chimiques in situ. Les performances attendues dépassent largement celles des instruments spatiaux actuels. Avec un bond sur la résolution en masse de près de deux ordres de grandeur, il permettra d’identifier sans ambiguïté, dans la grande majorité des cas, les espèces chimiques qui constituent l’échantillon.

Le développement d’un instrument pour une mission spatiale est un projet de longue haleine, qui demande un investissement sur une période pouvant s’étaler sur 5 à 25 ans, et une forte implication des équipes techniques.

Optimisation des performances
Une thèse en collaboration entre le LPC2E et le LATMOS en cours a pour but d’optimiser l’analyse de la matière organique et minérale simulant celles de Titan, et d’Encélade et/ou d’Europe avec des spectromètres de masse intégrant le Cosmorbitrap. En effet, Cassini-Huygens a fait progresser notre compréhension de la chimie de l’atmosphère de Titan en fournissant des mesures de densité et de la composition plus précise et une meilleure couverture spatiale des espèces neutres détectées par la sonde Voyager. L’une des plus grandes surprises de la mission est l’observation d’une composition ionosphérique extraordinairement complexe. CAPS (CAssini Plasma Spectrometer) a mis en évidence la présence d’ions positifs atteignant des valeurs de m/z jusqu’à environ 350 u (Waite et al, 2007) ainsi que des ions négatifs de valeur m/z jusqu’à environ 10 000 u d’une densité totale de 10% de celle des ions positifs (Coates et al., 2007). L’identification moléculaire directe de ces espèces de haut poids moléculaire n’est pas possible avec l’instrumentation à bord de Cassini, et des modèles photochimiques doivent être développés afin d’interpréter ces données. Ces modèles ne peuvent généralement pas prédire correctement la production de molécules à plus de 6-8 atomes lourds, car les données cinétiques sont trop rares pour de telles molécules complexes.
Une instrumentation appropriée de type MS incluant un Cosmorbitrap offrirait l’information nécessaire pour étudier la
synthèse de grandes molécules organiques générées naturellement par les processus photochimiques

R&D Cosmorbitrap
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Système d’ionisation : PIBS

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