Stardust le CNRS analysera des échantillons - 16 février 2006 - 10:36

Six laboratoires du CNRS vont analyser des échantillons de la mission Stardust. Les premiers grains de la comète Wild-2, rapportés par la mission Stardust, viennent d'être sélectionnés dans les salles blanches de la NASA à Houston pour être distribués aux équipes des "Preliminary Examination Teams" (PETs), qui assureront une première investigation “rapide” des échantillons. Une partie du contenu sera distribuée à plusieurs laboratoires dans le monde, dont huit laboratoires Français et ceux du CNRS. Un consortium du CNES piloté par François Robert (directeur de recherche au CNRS au Muséum National d'Histoire Naturelle) et Louis d'Hendecourt (directeur de recherche au CNRS à l'Institut d'Astrophysique Spatiale d'Orsay) rassemble 7 équipes françaises travaillant dans six laboratoires du CNRS. Ces laboratoires devront relever les défis technologiques que représente la caractérisation minéralogique et géochimique de grains à l'échelle micrométrique. Une telle analyse devrait nous renseigner sur la formation du système solaire et sur les premières briques moléculaires qui sont à la base de l'apparition de la vie.

Stardust est une mission spatiale de la NASA destinée à ramener sur Terre des échantillons de poussières de la comète Wild-2 en traversant sa coma. Les comètes sont des noyaux de matière gelée constituée d'une grande quantité de glaces sales, un mélange principalement d'eau et de poussières cosmiques. En s'approchant du Soleil, les glaces se subliment et libèrent de grandes quantités de poussières qui n'ont pratiquement pas subi de transformation lors de leur séjour dans le noyau cométaire. Elles nous renseignent donc sur la matière originelle à partir de laquelle se sont formés les objets du système solaire, dont la Terre, il y a environ 4,6 milliards d'années. Ces poussières sont des grains témoins de la formation du système solaire, il y a 4,6 milliards d'années. C'est plus de 30 ans après les retours sur Terre des échantillons lunaires par les missions américaines Apollo et russes Luna, que de nouvelles poussières d'origine extraterrestre sont arrivées intactes en janvier 2006.


Stardust le CNRS analysera des échantillons

Après un périple de 5 ans et 390 millions de kilomètres, Stardust atteint sa cible en janvier 2004, coupant l'orbite de Wild-2 et traversant la coma à moins de 500 km du noyau. Lors de cette traversée, les grains de poussières sont collectés dans un "aérogel" de silice à une vitesse de 6 km/sec pour être rapportés sur Terre sans encombre le dimanche 15 janvier 2006 à 11h12, en plein désert de l'Utah. Le contenu de la caspsule (volume d'une petite cuillère à café), de la poussière de comète, est devenu l'un des matériaux les plus précieux au monde et il devrait occuper les chercheurs et les scientifiques pendant 10 ans environ.

La récolte ainsi livrée sur Terre semble plus abondante que prévue, quelques microgrammes de poussières cométaires avec des grains d'une taille supérieure à ce que l'on pouvait espérer (environ 1000 grains de taille supérieure à 10 micromètres, quelques dizaines de milliers de grains plus petits provenant directement de la comète et une centaine de grains interstellaires de taille submicronique, collectés sur la face arrière des aérogels). Le premier travail d'extraction des grains de l'aérogel a commencé début février. Dans des salles blanches créées spécialement pour le retour de cette mission, les spécialistes de la NASA doivent identifier dans les blocs d'aérogel les positions des grains incidents, puis les extraire pour les livrer à la vingtaine d'équipes et de laboratoires des PETs retenus par la NASA.

Ces analyses devraient permettre de réaliser des objectifs scientifiques de premier plan : contraindre les modèles de formation et d'évolution d'un système planétaire, comprendre l'évolution chimique qui a marqué le passage de la matière interstellaire à la nébuleuse solaire, et finalement clarifier l'interaction entre matériau cométaire et planètes telluriques. En particulier, le rôle de cet apport cométaire sur la Terre primitive permettrait peut-être de comprendre l'origine de l'eau des océans et du carbone moléculaire, nécessaires à l'apparition de la Vie, souvent considérés comme prébiotiques.

Ces premières mesures doivent s'achever en juillet, et donneront lieu à un communiqué général de l'ensemble des équipes travaillant au sein du même PET. Suivra la distribution d'échantillons à l'ensemble de la communauté scientifique sur appel d'offres. Le consortium français répondra à cet appel d'offres de la NASA pour poursuivre les travaux à partir de septembre, sur de nouveaux échantillons.

La contribution des laboratoires français

Le laboratoire NanoAnalyses (CNRS, Muséum National d'Histoire Naturelle , Paris), grâce à la sonde Nanosims (spectroscopie de masse avec une résolution de 100nm), unique en France, réalisera des cartographies isotopiques d'une dizaine de grains avec une résolution spatiale inférieure à 0,1 micromètres. Ces résultats seront comparés à ceux de quatre autres laboratoires disposant du même équipement et participant au projet Stardust (3 aux USA et 1 au Japon). Ceci permettra de déterminer les compositions chimiques et isotopiques des éléments légers des minéraux et de la matière organique, dans des grains dont la taille n'excédera pas 10 micromètres.

Le Centre de Recherches Pétrographique et Géochimique, CRPG, (CNRS, Nancy) s'attellera d'une part à la mesure de la composition isotopique de l'oxygène des grains cométaires par microsonde ionique, d'autre part à celle de l'azote et des gaz rares par extraction laser et spectrométrie de masse statique. Cette installation analytique, financée par le CNRS, le CNES et la Région Lorraine, a été développée pour l'analyse des cibles irradiées par le Soleil de la mission NASA Genesis.

L'Institut d'Astrophysique Spatiale (CNRS-Université de Paris 11, Orsay) et le Laboratoire de structure et propriétés de l'état solide (CNRS-Université de Lille 1) étudieront les cratères d'impact des grains cométaires sur l'armature en aluminium qui maintenait l'aérogel en place. Objectif prioritaire : déterminer la taille et la distribution spatiale des cratères pour en déduire la distribution en taille des poussières collectées (jusqu'à des tailles submicroniques). Autre objet d'investigation : la composition chimique des résidus au fond des cratères, afin d'obtenir un premier aperçu de la composition des poussières en éléments majeurs. Ces travaux sont réalisés par microscopie électronique à balayage, au centre commun de microscopie électronique de l'Université de Lille.

Le Laboratoire des Sciences de la Terre (CNRS-Ecole Normale Supérieure, Lyon) et l'Institut d'Astrophysique Spatiale, Orsay (CNRS-Université Paris XI), détermineront au synchrotron européen de l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) à Grenoble par spectroscopie X, non destructive, ,la composition chimique, l'état cristallin, la minéralogie, l'état d'oxydation, la cristallinité et la morphologie de grains piégés dans l'aérogel,, avec une résolution spatiale de l'ordre du micron. La minéralogie, la matière carbonée et l'eau de structure seront analysées par spectrométrie IR et Raman.

Le laboratoire de Structure et Propriétés de l'Etat Solide (CNRS-Université de Lille1), procédera à la caractérisation fine des microstructures des minéraux par microscopie électronique en transmission (MET), au centre commun de microscopie électronique de l'Université de Lille. Les chercheurs réaliseront l'étude cristallographique, morphologique et l'analyse des compositions chimiques à l'échelle du nanomètre. Ces données seront précieuses pour reconstruire l'histoire des grains : conditions de formation et paramètres physico-chimiques ayant pu induire leurs modifications. L'équipe est également impliquée dans l'étude des micro-cratères d'impact sur les armatures en aluminium, en collaboration avec l'IAS.

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