EXPOSE-R2
Ces expériences, sélectionnées par l’ESA examinent entre autre l’action des ultraviolets du soleil sur des molécules d’intérêt astrophysique et prébiotique. En effet, les photons solaires ultraviolets sont une source formidable d’énergie pour induire des réactions chimiques. Sur terre, de nombreuses recherches sont menées dans ce domaine mais la totalité du spectre solaire est difficile à reproduire en laboratoire.
Objectif
La matière organique, base de la chimie prébiotique, pourrait avoir eu en partie une source extraterrestre. En effet, la Terre primitive a connu, il y a plus de quatre milliards d’années, une phase intense de bombardements par des comètes, des météorites et des micrométéorites. Ces objets contiennent des molécules organiques, par exemple des acides aminés, qui auraient pu, associées à de l’eau en phase liquide, conduire à l’apparition de la vie.
L’objectif est donc de comprendre quels sont les mécanismes chimiques à l’origine de l’évolution de la matière organique présente dans le milieu interstellaire, les comètes et les astéroïdes, par exemple quelles molécules sont susceptibles d’être présentes, ou bien d’être rapidement détruites ou transformées.
Mais ce n’est pas tout. Dans quelle mesure la chimie des comètes peut-elle être un héritage de la chimie du milieu interstellaire ? Quels sont les mécanismes chimiques qui initient la chimie extraordinairement complexe de l’atmosphère de Titan ? Quelles sont les molécules les plus stables à la surface de Mars, et donc les plus susceptibles d’être détectées par le rover Curiosity ou bien le futur robot Européen Exomars ? L’expérience PSS, soutenue financièrement par le CNES, le CNRS, ainsi que les universités et organismes partenaires apportera des données quantitatives pour aider à répondre à ces questions.
P.S.S. - Photochemistry on the Space Station a été élaboré dans le cadre d’un étroit partenariat associant chimistes, biochimistes, planétologues, physiciens nucléaires et experts en matériaux des observatoires et laboratoires du CNRS et des universités suivants : LISA (Laboratoire Inter-universitaire des Systèmes Atmosphériques), CBM Orléans (Centre de Biophysique Moléculaire), IBMM (Institut des Biomolécules Max Mousseron - université de Montpellier), LATMOS (Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales) LAB (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux), Laboratoire de microbiologie des environnements extrêmes (Université de Bretagne Occidentale/IFREMER), observatoire de Leiden (Leiden Institute of Chemistry - Astrobiology Laboratory) et observatoire de Catane ainsi que d’une équipe de NASA AMES.
Projet très similaire aux expériences PROCESS et AMINO qui ont déjà été réalisées toujours avec le support du CNES et avec Hervé COTTIN du LISA comme PI (Principal Investigator), cette expérience vise à étudier le comportement d’une large gamme de molécules organiques (composées de carbone, d’hydrogène et éventuellement d’azote et d’oxygène) lorsqu’elles sont soumises aux conditions spatiales.
Mais l’une des originalités de cette nouvelle campagne, outre l’analyse de la photolyse des molécules exposées est d’étudier la résistance de différents modèles de biopuces face aux contraintes spatiales, comme le rayonnement cosmique et les variations extrêmes de température.Ces Biopuces ont un principe de détection basé sur la reconnaissance d'une molécule cible par des récepteurs d'affinité (des anticorps et des aptamères) fixés sur une surface solide. Elles pourraient être utilisées comme capteurs aux cours de missions planétaires pour aider à la recherche de biomolécules de vie extraterrestre, passée ou présente dans le système solaire. PSS est leur baptême spatial. Si les biopuces résistent et conservent leur capacité de détection et d’identification à leur retour, de nouveaux instruments d’analyse in-situ basés sur cette technologie verront le jour dans les prochaines années.
Concept Opérationnel
Lors de la mission EXPOSE R2, l’instrument de base de la première mission EXPOSE R, réalisée en 2008, est utilisé de nouveau mais équipé de nouveaux plateaux et de nouvelles cellules contenant les échantillons pour s’adapter aux contraintes de l’expérience, notamment pour PSS. Ces échantillons sont intégrés dans des cellules ouvertes (fournies par l’ESA) et fermées (fournies par le CNES).
Au total, entre les échantillons qui partent dans l’espace et les différents contrôles au sol, c’est près de 400 échantillons qui ont été méticuleusement préparés depuis quasiment un an. Une attention particulière a été apportée au remplissage des cellules afin d’éviter ou de minimiser l'utilisation de tous les matériaux / procédés qui peuvent conduire à une contamination par dégazage. Pour d’autres, censés reproduire l’atmosphère de Titan, aucune fuite n’était envisageable.
Préparation et Intégration des échantillons de l’expérience PSS au LISA
Ces échantillons resteront exposés pendant 12 à 18 mois à l’extérieur de l’ISS selon le principe suivant : deux couches d’échantillons de nature semblable sont installées en orbite à l'extérieur de l'ISS, seule la couche supérieure est soumise au rayonnement Ultra-Violet. La couche inférieure sert de contrôle pour discriminer l'action du rayonnement UV sur les échantillons.
En parallèle au sol deux couches sont exposées à un simulateur solaire (? > 190 nm) dans une enceinte sous vide qui reproduit les variations de températures mesurées en orbite. Comme pour l'expérience en vol, seule la première couche est exposée aux rayons solaires simulés, alors que la deuxième couche sert de contrôle. Une dernière couche est conservée sous vide, à température constante. C’est ce qui constitue la référence sol de la mission (MGR- Mission Ground Reference).
La différence entre les évolutions des différentes couches d’échantillons permet de distinguer les contributions des UV, des particules chargées, et de la température.
Matériel utilisé
Principe de l’instrument EXPOSE R :
L’instrument Expose R de l’ESA comporte 3 plateaux de 4 supports qui accueillent les cellules contenant les échantillons. Le support supérieur est exposé aux rayons UV du soleil. Le support inférieur dans l’ombre sert de témoin.
Avant le lancement et après récupération, les échantillons P.S.S. seront mesurés par spectroscopie ultraviolet-visible (UV-VIS), spectroscopie Raman et Infra-Rouge. La réactivité photochimique de ces composés sera déterminée et les détails cinétiques de la dégradation photochimique seront analysés.
Déroulement :
Le 18 Aout 2014, lors d’une sortie extra-véhiculaire, l’instrument EXPOSE-R a été installé à l’extérieur de l’ISS sur la plateforme de travail du module de service et mis sous tension.
Pendant environ deux mois, la plateforme a été protégée par un couvercle, le temps que toute l'infrastructure d'EXPOSE-R se stabilise. Puis, le 22 Octobre, deux cosmonautes ont de nouveau réalisé une sortie extra-véhiculaire pour retirer les capots protecteurs de l'expérience. Les échantillons ont alors reçu leurs premiers photons!
La fin de l’expérience est prévue fin 2015. Les échantillons reviendront sur Terre et seront analysés en détail dans les différents laboratoires partenaires.
Voir aussi
- sur le site du LISA : www.lisa.univ-paris12.fr/fr/actualites-4/1148-la-chimie-et-l-exobiologie-s-exposent-sur-la-station-spatiale-internationale
- sur le site du CBM : cbm.cnrs-orleans.fr/spip.php
- sur le site de l'IBMM : www.ibmm.univ-montp1.fr/
- sur le site de l'ESA : www.esa.int/Our_Activities/Human_Spaceflight/Blue_dot/Exposure_to_space_and_Mars/%28print%29
- sur le site du LATMOS : www.latmos.ipsl.fr/index.php/fr/actualites-impec/2549-une-experience-spatiale-pour-etudier-lastrochimie-et-lexobiologie
- sur le site d'Erasmus de l'ESA : eea.spaceflight.esa.int/portal/exp/
