Optimisation of OLYMPIA, a new Orbitrap mass spectrometer for the characterisation of subsurface oceans in the outer solar system and hypervelocity dust
Depuis les débuts de l'exploration spatiale planétaire, l'un des principaux efforts scientifiques a toujours été la recherche de la vie extra-terrestre. Pour la vie telle que nous la connaissons, l'eau liquide est un prérequis obligatoire. C'est pourquoi, les lunes glacées avec d...
Sábháilte in:
| Príomhchruthaitheoir: | |
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| Rannpháirtithe: | , , , , , , |
| Formáid: | Thèse numérique |
| Teanga: | Anglais |
| Foilsithe / Cruthaithe: |
2023.
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| Ábhair: | |
| Rochtain ar líne: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2023ORLE1008_va.pdf http://www.theses.fr/2023ORLE1008/abes https://theses.hal.science/tel-04261537 |
| Nóta: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'espace (Orléans ; 2012-...) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Gabriel J. R. Tobie (Président du jury) ; Christelle Briois, Morgan Leigh Cable, Ralf Srama (Membre(s) du jury) ; Gabriel J. R. Tobie, Peter Wurz (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Optimisation d'OLYMPIA, un nouveau spectromètre de masse intégrant une cellule Orbitrap pour la caractérisation d'océans de subsurface du système solaire externe et de poussières hypervéloces |
| Achoimre: | Depuis les débuts de l'exploration spatiale planétaire, l'un des principaux efforts scientifiques a toujours été la recherche de la vie extra-terrestre. Pour la vie telle que nous la connaissons, l'eau liquide est un prérequis obligatoire. C'est pourquoi, les lunes glacées avec des océans souterrains dans le système Solaire externe sont des corps particulièrement intéressants pour les recherches en exobiologie. Parmi ces lunes, Europe et Encelade, en orbite respectivement autour de Jupiter et de Saturne, présentent un intérêt particulier pour de futures missions spatiales. Les spectromètres de masse sont parmi les instruments in situ les plus répandus dans l'exploration spatiale. Selon leurs performances, ils permettent de mesurer la composition des échantillons, donnent accès à leur formule chimique exacte et révèlent la complexité de leur environnement. Ils sont particulièrement adaptés à l'étude agnostique de la composition de la matière organique. Le Cosmic Dust Analyser embarqué à bord de la sonde de la mission NASA-ESA/Cassini Huygens est un spectromètre de masse à ionisation par impact qui a étudié les matériaux des panaches d'Encelade, caractérisant ainsi son océan. Dans les prochaines années, lors de la mission NASA/Europa Clipper, une version améliorée de CDA, le SUrface Dust Analyser, étudiera la lune jovienne Europa. En laboratoire, des expériences reproduisant des spectres de masse d'ionisation par impact peuvent aider à l'interprétation des mesures de CDA et préparer celles de SUDA. L'accélération de grains glacés micrométriques à des vitesses hypervéloces est un challenge, et à la place, la technique LILBID (Laser Induced Liquid Bead Ion Desorption) est utilisée avec succès pour reproduire les spectres de masses de ces grains. À l'aide d'un laser infrarouge pulsé, un faisceau d'eau micrométrique est ionisé par désorption. Classiquement les instruments LILBID sont couplés à un analyseur de masse par temps de vol. Cependant, même si elle est environ 20 fois supérieure à celle de CDA, la résolution en masse empêche toujours une identification non ambiguë des pics de masse. L'analyseur en masse à transformée de Fourier Orbitrap offre des résolutions en masse ultra-élevée (>100 000 m/ m pour des temps d'acquisition de 800 ms à m/z 100 avec une cellule D30). Cette thèse présente les travaux d'optimisation d'OLYMPIA (Orbitrap anaLYseur MultiPle IonisAtion), un nouvel instrument de laboratoire équipé d'une cellule Orbitrap , pour son couplage à l'instrument LILBID. Cet instrument unique au monde permettra d'étudier des échantillons analogues de grains glacés provenant d'océans de subsurface avec une résolution massique inégalée, et représente une première étape importante pour la spatialisation d'un analyseur de poussières hypervéloces incluant une cellule Orbitrap . Since the beginnings of planetary space exploration, one of the major scientific endeavours has always been the search for extra-terrestrial life. For life as we know it, liquid water is a mandatory prerequisite. This is why icy moons with subsurface oceans in the outer Solar system are such interesting bodies for astrobiology investigations. Among these moons, Europa and Enceladus, respectively orbiting Jupiter and Saturn, are of particular interest for future space missions. Mass spectrometers are amongst the most prevalent in situ instruments in space exploration. Depending on their performances, they enable the measurement of the samples' compositions, give access to their exact chemical formula and reveal the complexity of their environments. They are specifically suitable to agnostically investigate the composition of organic material. The Cosmic Dust Analyser on-board the NASA-ESA/Cassini Huygens spacecraft is an impact ionisation mass spectrometer that studied materials in Enceladus' plumes, characterising its ocean. In the next few years, during the NASA/Europa Clipper mission, an upgraded version of CDA, the SUrface Dust Analyser will study the Jovian moon Europa. Laboratory experiments which reproduce impact ionisation mass spectra can help the interpretation of the CDA measurements and prepare for SUDA's. The acceleration of m-sized icy grains to hypervelocity is a challenge, and instead the LILBID (Laser Induced Liquid Bead Ion Desorption) technique is used with great success to reproduce mass spectra of such icy dust. A pulsed infrared laser ionises a m-sized water beam by desorption. Classically, LILBID setups are coupled to a TOF mass analyser. However, even though about 20 times higher than CDA's, the mass resolution is still preventing an unambiguous mass peak identification. The Fourier transform Orbitrap mass analyser offers ultra-high mass resolutions (>100 000 m/ m for acquisition times of 800 ms at m/z 100 with a D30 cell). This thesis presents optimisation work of OLYMPIA (Orbitrap anaLYseur MultiPle IonisAtion), a new laboratory instrument equipped with an Orbitrap cell, for its coupling to the LILBID instrument. This worldwide unique device will allow the study of analog samples of icy grains from subsurface oceans with an unsurpassed mass resolution and is an important first step to develop Orbitrap-based impact ionisation dust analysers in space. |
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| Cur síos ar an mír: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'espace (Orléans ; 2012-...) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Gabriel J. R. Tobie (Président du jury) ; Christelle Briois, Morgan Leigh Cable, Ralf Srama (Membre(s) du jury) ; Gabriel J. R. Tobie, Peter Wurz (Rapporteur(s)) |
| Formáid: | Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF |