Développement d’un protocole d’extraction de l’ammonium (NH4+) sans contamination, pour déterminer ses sources dans des glaces terrestres et sa présence dans des météorites - Development of a contamination-free extraction protocol for ammonium (NH4+), in order to investigate its sources in terrestrial ice cores and its presence in meteorites

Laboratoire(s) de rattachement : IGE

Encadrant : Joël Savarino (IGE)

Co-encadrant : Olivier Poch (IPAG)

Niveau de formation & pré-requis : Le stage s’adresse à un(e) étudiant(e) de niveau Master 2 spécialisé(e) en chimie environnementale ou géochimie, sciences de l’environnement, cosmochimie. La curiosité d’entreprendre un stage interdisciplinaire, alliant glaciologie terrestre et cosmochimie, et l’expérience d’un travail autonome et rigoureux en laboratoire de chimie analytique sont des qualités indispensables du (de la) candidat(e). Le lieu de stage principal sera au sein de l’IGE à Grenoble.

Mots-clés : chimie de l’environnement, glaciologie, cosmochimie, isotopie, carottes de glace, météorites

Certaines couches des carottes de glace prélevées par exemple au Groenland possèdent des concentrations plus élevées que la normale en ions ammonium (NH4+). Lorsqu’ils sont associés à des composés organiques spécifiques (acide vanillique, etc.), ces ions ammonium sont des traceurs de feux de biomasse, dont l’étude permet de mieux comprendre l’évolution passée et future du climat (Legrand et al., 2016 ; You et Yao, 2019). Il est toutefois difficile de déterminer la région source du feu ayant provoqué le dépôt observé dans les glaces. Par ailleurs, des études ont suggéré que certaines anomalies de concentration en ammonium puissent avoir une origine extra-terrestre, causées par des impacts cométaires (Baillie, 2007 ; Appendix A de Legrand et al., 2016). L’analyse de la composition isotopique de l’azote (rapport 14N/15N) de ces ions NH4+ permettrait de mieux contraindre leurs sources (origine géographique des feux, ou éventuelle origine extra-terrestre).

D’autre part, ces derniers mois, l’analyse des observations de la mission Rosetta a permis d’identifier pour la première fois des sels d’ammonium sur le noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko (Poch et al., en révision). Ces sels pourraient représenter une fraction importante de l’azote contenu dans certaines comètes. Or, l’incorporation et l’évolution de l’azote dans le système solaire sont encore très mal comprises. En particulier, très peu d’études se sont penchées sur la présence ou non de sels d’ammonium dans les météorites de type chondrites carbonées (Gounelle et Zolensky, 2014). Afin de préciser si ces sels d’ammonium sont aussi présents dans ces météorites récoltées sur Terre, il est nécessaire de mettre en place un protocole d’extraction et d’analyse adapté à ces échantillons extra-terrestres.

L’objectif de ce stage sera de développer et de tester un protocole expérimental permettant l’extraction et la filtration des ions ammonium contenus dans des glaces terrestres (carottes de glace prélevées au Groenland) et dans des météorites (utilisation de techniques de broyage, filtrage etc.). Ces étapes sont des préalables indispensables avant l’analyse des ions par chromatographie ionique ou leurs mesures isotopiques grâce à des dispositifs déjà existants à l’IGE. Les mesures isotopiques nécessiteront en plus une étape de pré-concentration qui sera mise en place lors du stage (utilisation de résine échangeuse d’ions). En raison des faibles concentrations d’ammonium présentes dans les glaces et potentiellement dans les météorites, ce protocole devra s’effectuer sous atmosphère contrôlée pour éviter toute contamination. Une fois ce protocole mis en place et testé, des analyses permettant l’identification, la quantification et l’analyse isotopique des ions ammonium présents dans des carottes de glace et des météorites pourront être menées.

Références :
M. Legrand, et al., Boreal fire records in Northern Hemisphere ice cores : a review. Climate of the Past. 12, 2033–2059 (2016). http://doi.org/10.5194/cp-12-2033-2016
C. You, T. Yao, Fire records in glacier ice. Natl Sci Rev. 6, 384–386 (2019). https://doi.org/10.1093/nsr/nwy159
M. Baillie, The case for significant numbers of extraterrestrial impacts through the late Holocene. Journal of Quaternary Science. 22, 101–109 (2007). http://doi.wiley.com/10.1002/jqs.1099
M. Gounelle, M. E. Zolensky, The Orgueil meteorite : 150 years of history. Meteoritics & Planetary Science. 49, 1769–1794 (2014). http://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/maps.12351

Pour candidater : Pour candidater, adresser par email à Joël Savarino (joel.savarino cnrs.fr) et Olivier Poch (olivier.poch univ-grenoble-alpes.fr) les documents suivants :
-  une lettre de motivation qui devra inclure un résumé concis des travaux de recherche effectués et de l’expérience en laboratoire (thématiques, méthodes employées, principaux résultats),
-  un CV détaillé,
-  un relevé de notes du M1 (voire du M2 si disponible).