L a recherche de vie sur Mars et MOMA

1. La recherche de vie sur Mars et MOMA François Raulin et Noel Grand francois.Raulin@lisa.u-pec.fr Réunion OSU-EFLUVE - LISA - 7 février 2014

3. Mars jeune semblable à la Terre primitive avec une évolution similaire Mais sans impact important de la tectonique et du climat sur son évolution Si la vie a émergé sur Mars primitif, et même si elle a disparu depuis, elle a dû laisser des traces d’une vie passée ou même d’un environnement prébiotique, plus facile à trouver que dans le cas terrestre

4. ExoMars • Objectifs Scientifiques : • Recherche de traces de vie passée et/ou présente sur Mars • Caractérisation de l’environnement géochimique et aqueux en fonction de la profondeur dans les couches superficielle de sous-surface • Etude des gaz à l’état de trace et de leur sources dans l’atmosphère de Mars • Objectifs Techniques : • Démonstrateur de mise en orbite, • Démonstrateur d’atterrisseur, • Démonstrateur de pilotage d’un Rover, • Préparation des retours d’échantillon et des vols habités

5. ExoMars : Présentation de la Mission • Première mission du programme Aurora de l’ESA incluant des vols habités vers Mars : • Recherche et étude de structures organiques martiennes • Démonstration technologique (atterrisseur, rover, foreuse), • Deux lancements (lanceurs russes) : • 2016 : Orbiter (telecom) + Lander (démonstrateur) • 2018 : Rover (science)

6. ExoMars vs MSL • Missions très proches dans leurs objectifs mais MSL est NASA et ExoMars ESA (+ ROSCOSMOS) … • Rover Curiosity de classe 900Kg • Rover Européen de classe 300Kg • Principale restriction à la détection de composés organiques sur Mars via MSL : Analyse de la surface et de l’Atmosphère (or très forte oxydation) • C’est pourquoi ExoMars a une foreuse pouvant creuser à deux mètres de profondeur • Sinon techno différentes : RHU vs Panneaux Solaires, etc.

7. ExoMars 2018 : Rover avec foreuse sur Mars

8. SPDS : Chaine d’extraction de l’échantillon solide du sol (foreuse), de broyage pour le rendre poudreux et de distribution vers les instruments

9. ExoMars Planning • Définition des Phases d’un projet spatial : • Phase 0 : Définition d’une mission potentielle, étude grossière de dimensionnement • Phase A : Le projet intéresse les agences spatiales, un appel d’offre est lancé pour la charge utile. Les études préliminaire de dimensionnement des instruments est faite (Budget Masse/Puissance/volume et specs scientifiques) : revue PRR • Phase B : La mission est sélectionnée, les équipes travaillent sur le développement de l’instrument : choix des technologies, définition des interfaces, budget Masse/puissance/volume a 20%, démonstrateur fonctionnel et perfo : revue PDR • Phase C : le concept est validé on passe au phase de qualification. Deux modèles sont livrés : EQM (modèle de qualification) et STM (modèle structurel et thermique). Budget Masse/Puissance/volume a 10% : revue CDR • Phase D : livraison du modèle de vol, lancement et mise en service • Phase E : Exploitation de la mission • Phase F : destructuration de l’équipement

10. ExoMars : Planning • ExoMars est en fin de phase B. • PDR passée • Passage en phase C cet été • Points Clefs : • STM : livraison juillet 2014 • EQM : livraison novembre 2014 • FM : Septembre 2015 • Lancement 2018

11. MOMA : GC/LD MS Mars OrganicMolecule Analyser • Instrument Principal de la Charge Utile pour la question de la présence de traces de vie passées ou présentes à la surface et sub-surface de Mars • Spectromètre de Masse couplé soit à un Chromatographe en Phase Gazeuse soit a un Laser (pour faire de la désorption). • 32 fours permettent l’analyse d’échantillons solides par GC-MS (et dérivatisation) • Un réservoir ré-emplissable permet de faire du LD-MS d’échantillon solides

12. MOMA : Présentation

13. MOMA : Organisation • MPS (Allemagne) : Laser, Fours, TS • Fred Goesmann (PI) • Olaf Roders (CdP) • Eckhard Steinmetz (IS) • Goddard-NASA (US) : MS and Main Electronic • Paul Mahaffy, will Brinckerhoff : Instrument Managers • LISA/LATMOS (France) : GC • Francois Raulin (PI), Cyril Szopa (Co-PI) • Noël Grand (CdP et IS)

14. MOMA Modules and Responsibilities

15. Stationary phase Chromatographic column Sample Chromatogram MOMA-GC : le Principe Chromatographic column=tube where the separation occurs (core of the GC) Principle of gas chromatography Chromatographic column • Parameters controlling the separation: • nature of the compounds to analyze • nature of the stationary phase (selectivity) • columns dimensions (length (L), internal diameter (ID), stationary phase thickness (df)) • operating conditions (temperature, pressure drop) Efficiency, resolution (power of separation)

16. Pas de colonne universelle en CPG => Utilisation de 4 colonnes complémentaires RestekQ-Bond or U-Bond Séparation des hydrocarbures en C1-C4, des composésinorganiquessoufrés et d’autrescomposésinorganiques Restek MXT-5 Séparation des composésorganiques y compris des hydrocarbures de PM moyen, de composésmoyennementpolaires , de composés semi volatils et des composésdérivatisés Restek CLP Séparation de composésorganiquespolaires de PM élevé Agilent CP-Chirasil-Dex-CB column Séparation d’énantiomères

17. MOMA-GC : le détecteur Detector development this TCD is a Varian product, already miniaturized and spatialized for the COSAC Experiment onboard the ROSETTA Mission (ESA) Detection limit in the order of 1 ppm

18. MS Gas Flow MOMA-GC With GC-MS interface Version Redondée Splitter He Tank Exhaust C4 C5 V29 V9 V13 GCM1 V28 VSingleShot Vtank J8 J9 Reverse Flow V4 V18 M C1 V23 T1 GCM2 V16 V1 V30 V3 V26 V22 V8 J4 V10 J1 V20 Filters J6 V17 J2 J3 J11 T2 V24 V11 V14 C2 C3 V2 V5 V19 GCM3 V7 J7 J10 J5 V6 V25 GCM4 V12 V21 V15 V27 T : Trap, GCM : GC Module, V : Valve, J : Jonction, C : Connector

19. GC FM Design • Consolidated design : • Structural Simulations ok, • Thermal Simulations ok, • Electronic Design Ready • Valves Mitigation : • HsG Valve Base line (vibration tests done, thermal one in february) • Vibration tests doneat MPS (december 2013) • New concept in study • Decision point in February Derivatisation Capsule Qualification in Progress

20. MOMA : Prototype

21. GC-MS BrassboardCoupling • GC-MS Testing Feb. 2013 • First end-to-end demonstration of functional performance of entire MOMA suite (oven, split manifold, GC and MS brassboards) • Gas and liquid calibration compounds successfully separated and detected • Implementation of automatic gain control tested for EI mode of operation • Effect of GC trap temperature and saturation on background measured • Detection limit of end-to-end system determined MS GC Split Manifold Total Ion Chromatogram Selected Ion Chromatograms Benzene Hexane AGC trace Oven Pentane Butane TIC signal TCD Column Trap Hexane Benzene Separation of hydrocarbon mixture on the GC brassboard 6 and GB2 MS brassboard

26. MOMA AGM 2013- GreenbeltNov 3-7, 2013 2 traps (Tenax) used in « Direct » or « Backflush » mode "Direct" mode "Backflush" mode Step 1 Step 1 Sample Sample Trap (-30°C/0°C) Trap (-30°C/0°C) Step 2 Step 2 GC/MS GC/MS Trap (300°C) Trap (300°C)

27. MOMA AGM 2013- GreenbeltNov 3-7, 2013 ChemicalDerivatization : 3 differentreagents

28. 4300 -2700: Fromprebioticchemistry to life FromBibring et al, Science, 2006

29. Le sol martien a étéanalysé en détail par les instruments des 2 sondes Viking, à partir de 1976, récemment par les instruments de Phoenix et actuellement de MSL. • Aucunsigneclair et non ambigüd’une vie présenteoupasséen’aététrouvé • Aucune trace de composéorganiquevolatiln’aétéclairementmise en évidence. • Or, la matièreorganiquedoitêtreprésentesur Mars (météorites etc.. ) • Les donnéesrecueillies par les nombreuses missions qui ontexploré Mars depuis Viking, montrent des régionstrèssèchesdepuis 3 milliards d’années – contrastées avec les régionshumides (litsfluviatiles, sulphate minérauxsignes de la présence de composéssoufrésdissousdansl’eauliquide, etc). • Nécessitéd’explorercesdernières et d’yrechercher les matériauxorganiques (abiotiqueoubiotique) ou des biominéraux. • Seuls les 1er cm du sol ontétéanalysés et les donnéessuggèrent la présenced’oxydantspuissantsdans le sol • nécessité de tenircompte de cesdonnées pour les futures missions • nécessitéd’avoiraccès aux échantillons plus profonds • Présence de composésréfractairesproduits par l’oxydation • nécessitéd’utiliserunepyrolyse à plus haute températureque Viking • ou des techniques de dérivatisationchimique