Comètes et petits corps 

Comprendre la physique des enveloppes cométaires, les processus d'agrégation et de diffusion du rayonnement par les grains cométaires ou interplanétaires, connaitre la composition (minérale, moléculaire...) précise des noyaux cométaires ainsi que des astéroïdes, sont des objectifs essentiels pour l'étude du système solaire et de ses origines.

Dans le domaine cométaire, les études portent sur l'analyse des observations depuis le sol, la modélisation et la simulation en apesanteur de la diffusion de la lumière solaire par les grains cométaires. L'objectif est, d'une part de déterminer les propriétés physiques des surfaces astéroïdales et cométaires, d'autre part l'étude de l'évolution des particules solides cométaires et interplanétaires. Ces études se font, entre autre, en préparation à la mission Rosetta pour laquelle l'équipe IMPEC est impliquée dans plusieurs expériences dont COSAC, pour la caractérisation de la composition chimique du noyau, et CONSERT, pour la caractérisation de la structure interne du noyau (homogènéité, structuration...).

Dans le domaine des astéroïdes, la recherche de matière organique et de matière volatile (eau, CO₂...) sont des objectifs importants pour estimer la capacité de ces objets à apporter de la matière sur des corps telluriques, tels que cela a pu se dérouler au cours des premières centaines de millions d'années d'existence du système solaire. Les astéroïdes auraient ente autre pu ainsi apporter des composés chimiques néessaires à l'émergence de la vie sur Terre qui n'y étaient pas présent originellement. Dans le cadre des recherches sur les astéroïdes, l'équipe IMPEC est impliquée dans la caractérisation de la composition chimique de Phobos, l'un des deux satellites de Mars, qui bien que n'étant pas défini comme un petit corps, est très probablement une astéroïde piégée par la gravité de Mars. Cette caractérisation chimique se fera au travers de l'expérience russe GAP qui fera partie de la mission russe Phobos-Grunt chargée de se poser, de collecter et d'analyser des échantillons, et d'en rapporter sur Terre. L'équipe IMPEC participe à cette instrumentation pour caractériser la composition moléculaire et volaitle des échantillons collectés. L'équipe IMPEC est également impliquée dans la définition d'un instrument d'analyse chimique qui pourrait faire partie de la mission de l'ESA Marco-Polo, si cette dernière est sélectionnée.

Atmosphères planétaires 

Un des principaux volets des activités du LATMOS en planétologie est l'étude des atmosphères et des exosphères des planètes telluriques (Mars, Vénus, Mercure) et du satellite Titan de Saturne. Comprendre la dynamique de ces atmosphères, la chimie dont elles sont le siège, l'interaction avec la composante solide en suspension (aérosol, nuages), en référence à l'atmosphère terrestre, et à l'aide d'outils de modélisation développés pour des applications terrestres, constitue un enjeu essentiel de la planétologie comparative. L'arrivée de 3 sondes planétaires sous responsabilité du LATMSO (anciennement SA), SPICAM (orbiteur Mars-Express) en 2003, ACP (Huygens, sonde de descente dans l'atmosphère de Titan) en 2005 et SPICAV (orbiteur Venus-Express) en 2006, a suscité une intense activité au cours des dernières années autour de l'analyse et l'interprétation des résultats, la simulation numérique et l'expérimentation de laboratoire. Ces sondes ont apportés de nombreux résultats originaux parmi lesquels :

• la découverte de nouvelles émissions aéronomiques dans la haute atmosphère de Mars,
• la première climatologie de l'ozone et la vapeur d'eau martienne ;
• la première identification de nuages de CO2 dans l'atmosphère de Mars ;
• la première détection de HDO dans la haute atmosphère de Vénus ;
• la présence d'une couche chaude dans la mésosphère nocturne de Vénus ;
• la première analyse in-situ de la composition chimique des aérosols de Titan.

Ces résultats ont été interprétés à l'aide des outils de modélisation associés, en particulier le modèle de circulation générale de l'atmosphère de Mars de l'IPSL dans lequel le est responsable du module chimie et par la production en laboratoire d'équivalents des aérosols de Titan (expériences PAMPRE et APSIS).

Dans le futur, ces études à l'aide de satellites placés en orbite autour des corps telluriques vont se poursuivre, avec par exemple des opportunités de tenter d'observer et de confirmer la présence de méthane dans l'atmosphère de Mars depuis un orbiteur qui devrait être lancé en 2016 par l'agence spatiale Européenne (ESA). Mais le LATMOS vise également à s'impliquer dans des mesures in situ des propriétés de l'atmosphère, tel que pour Mars avec des expériences de mesure de la composition atmosphérique à la surface de Mars à l'horizon 2016-2018, ou de mesure de la composition de l'atmosphère de Vénus à partir d'un ballon atmosphérique qui pourrait être un élément de la mission EVE de l'ESA ou Venera-D de l'agence spatiale russe, si une de ces missions est définitivement sélectionnée pour être développée d'ici 2020.

L'exo/astrobiologie au LATMOS 

L'exobiologie, ou astrobiologie, est la science qui vise à étudier la vie dans l'Univers. Plus précisément, elle inclut l'étude de la distribution de la vie dans l'Univers et son évolution, l'étude des conditions et des processus qui ont permis l'émergence du vivant sur notre planète, et qui ont pu ou pourraient le permettre ailleurs, ainsi que l'étude de l'évolution de la matière organique vers des structures complexes dans l'univers. De fait, l'exobiologie est une science multi-disciplinaire qui fait appel aussi bien à la géologie, aux sciences physiques, à la chimie, en plus de la biologie.

L'équipe IMPEC travail plus particulièrement à l'étude de la distribution des molécules organiques dans l'Univers, et des mécanismes physiques et chimiques dans lesquels ces molécules sont impliquées. L'objectif de ces études est de comprendre les processus qui ont permis, au travers d'une évolution chimique, l'apparition de molécules biologiques telles que les fameuses molécules d'ADN et d'ARN qui contiennent le patrimoine génétique des êtres vivants sur Terre. On parle plus généralement de chimie prébiotique (avant la vie !) dans ce cadre.

Les principales activités de l'équipe dans ce domaine portent sur :

• la recherche de molécules organiques et leur identification dans les objets du système solaire, au travers d'observations depuis la Terre, ou de missions spatiales.
• l'étude et la caractérisation des processus physiques et chimiques dans lesquels sont impliquées ces molécules au travers de simulations expérimentales de laboratoire. Ces expriences visent à reproduire l'environnement planétaire étudié et à voir comment celui-ci évolue.

Les objets principalement étudiés dans ce cadre sont :

• Titan, un satellite de Saturne qui ressemble à une Terre gelée et dont l'atmosphère est riche en azote (N₂) et en méthane (CH₄), le méthane jouant le rôle que joue l'eau sur Terre (étendue liquide en surface, nuages...). Ces deux molécules, soumises au rayonnement solaire, réagissent entre elles pour former des molécules organiques plus complexes, telles que des hydrocarbures ou des nitriles, et ces mécanismes se produisent à l'échelle du satellite. Titan est donc un laboratoire à l'échelle planétaire qui permet d'étudier un mode de production de molécules organiques complexes à partir d'une chimie atmosphérique qui aurait pu prnedre place dans l'atmosphère primitive terrestre, celle-ci ayant pu contenir une fraction de méthane. L'étude de Titan dans l'équipe IMPEC se fait au travers d'observations de Titan par la mission spatiale Cassini-Huygens, toujours en activité aujourd'hui, et par l'expérience de laboratoire PAMPRE qui permet de simuler la physico-chimie de l'atmosphère de Titan en laboratoire.
• les comètes. Ces petits corps du système solaire sont connus pour le spectacle qu'ils offrent lors de leur approche du Soleil. Ce sont probablement les objets les plus primitifs du système solaire qui ont survécu jusqu'à notre époque. Dans l'histoire de la Terre primitive, des hypothèses pronent pour que les comètes aient pu apporter une partie de l'eau qu'il y a aujourd'hui sur Terre, ainsi que des molécules organiques qui ont pu participer à la chimie prébiotiques terrestre. Si tel est le cas, il apparait important de connaitre la composition chimique exacte des comètes. Or il est difficile, pour des raisons techniques, de déterminer cette composition à distance. Pour palier à cette carence, l'équipe IMPEC contribue à la mission spatiale Rosetta, dédiée à l'étude in situ d'une comète, au travers d'un instrument d'analyse chimique de la surface de la comète ciblée.