SAM : Sample Analysis at Mars - Gas Chromatograph

Engagement

L'utilisation en amont du chromatographe en phase gazeuse (GC) permet de séparer les composés présents dans le mélange gazeux et de les injecter individuellement (dans le cas idéal) dans le spectromètre de masse (QMS). Ainsi le traitement des spectres de masse et l'identification des molécules est possible et fortement facilitée. Le chromatographe doit également permettre, dans une certaine mesure, l'identification des espèces analysées. En effet, le temps que mettent les espèces analysées à traverser le système GC est caractéristique de l'espèce analysée et des conditions d'analyse. Ce temps, appelé temps de rétention, permet donc d'identifier de manière indirecte les composés analysés. L'analyse simultanée avec le spectromètre de masse permettra donc d'obtenir deux informations qui seront croisées afin d'identifier les composés, ce qui sécurisera leur identification.

Le chromatographe permet également l'analyse des énantiomères, ce que ne peut pas faire le QMS tout seul. En effet, des énantiomères sont des molécules disymétriques identiques en composition et en structure chimique, mais qui sont l'image l'une de l'autre au travers d'un miroir. Cette différence n'est pas détectable avec un QMS et actuellement, seules des méthodes de séparation (comme la chromatographie) ou des méthodes optiques permettent de la mettre en évidence. La quantification du rapport de la quantité des deux énantiomères d'une molécule est aujourd'hui très importante du point de vue de l'exo/astrobiologie puisque les molécules qui constituent le code génétique du vivant (tel que nous le connaissons) sont des molécules homochirales, c'est-à-dire qu'une seule des deux formes énantiomériques est utilisée. Les acides aminés, par exemple, sont utilisés sous la forme dite "L" alors que les sucres sont utilisés sous la forme dite "D". L'origine de cette homochiralité est aujourd'hui inconnue mais on sait qu'elle est uniquement liée au vivant. Par conséquent, la détermination du rapport énantiomérique des molécules organiques présentes à la surface de Mars pourrait être un moyen, soit de mettre en évidence une activité biologique ou prébitoique, soit de mettre en évidence des mécanismes physico-chimiques qui pourraient être à l'origine de l'homochiralité du vivant sur Terre.

Développement

SAM est la plus grosse (en terme de ressources) expérience scientifique embarquée à bord du rover Mars Science Laboratory (MSL). SAM est une suite instrumentale composée de trois instruments à savoir :

• un spectromètre de masse quadrupolaire (QMS) développé par le Goddard Space Flight Center de la NASA (GSFC, Washington, USA) ;
• un chromatographe en phase gazeuse (GC) développé par le Laboratoire sur les ATmosphères, Milieux et Observations Spatiales (LATMOS, Paris, Fr.) et le Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA, Paris, Fr.) qui font partie de l'Institut Pierre Simon Laplace (IPSL) ;
• le spectroscope laser accordable (TLS), développé par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA (Pasadena, USA).

L'expérience SAM possède des objectifs scientifiques fondamentaux vis à vis de la recherche d'indices de vie ou de chimie prébiotique à la surface de Mars. Ces objectifs se divisent en trois volets principaux :

1. La quête de molécules organiques
   Aucune molécule organique, excepté peut être le méthane atmosphérique, n’a été trouvée à ce jour à la surface de Mars. Cette matière, nécessaire à la vie et la chimie prébiotique telle que nous la connaissons, est d’un intérêt primordial. SAM aura donc pour tâche principale d’identifier des composés organiques, ainsi que leurs sources. Parmi ces molécules, nous espérons pouvoir trouver des molécules en lien avec le vivant ou la chimie prébiotique.
2. La quête de l’eau
   L’eau est un élément important pour la vie, pour la composition minérale à la surface de Mars, ainsi que pour les futures missions habitées vers Mars. SAM recherchera donc à caractériser l’état de l’eau à la surface de Mars.
3. La quête des isotopes et des oxydants
   La surface de Mars serait, d’après les connaissances actuelles, un milieu oxydant et donc agressif vis- à-vis des molécules organiques et du vivant. SAM cherchera donc à mettre en évidence les sources d’oxydants ainsi que leur impact sur la matière organique. Il mènera également des analyses des composés atmosphériques afin de mettre en évidence des processus, à l’échelle planétaire, liés à l’évolution de Mars et de son atmosphère.