La recherche de molécules organiques à la surface de Mars est l’un des enjeux majeurs pour caractériser son habitabilité passée et/ou présente. C’est l’un des objectifs de la mission spatiale Mars Science Laboratory (MSL) et en particulier de l’instrument Sample Analysis at Mars (SAM) à bord du robot Curiosity. Cette thèse s’inscrit dans l’aide au traitement et l’interprétation des données de SAM, en vue de détecter et d’effectuer l’inventaire des molécules organiques à la surface de Mars. Ces travaux portent en premier lieu sur les performances analytiques du chromatographe en phase gazeuse (CPG) de SAM et sur l’identification des molécules organiques dans les échantillons solides martiens analysés. A cette fin, j’ai étudié les performances de la chaine d’injection et de séparation du CPG de SAM dans les conditions opératoires de vol reproduites en laboratoire. J’ai également créé une base de données des temps de rétention de molécules présentes, et potentiellement présentes sur Mars, qui sert de référence pour le traitement des données de vol. Ces données ont permis d’identifier des molécules organiques dans les échantillons solides martiens et d’expliquer pourquoi certaines d’entre elles, supposées présentes, ne sont pas détectées. La deuxième partie de l’étude est focalisée sur l’impact des minéraux oxychlorés sur les molécules organiques, lors de la pyrolyse. Pour ce faire, j’ai développé une approche systématique d’étude de la pyrolyse de molécules organiques en présence de minéraux oxydants, ayant tous deux une forte probabilité de se trouver à la surface de Mars. J’ai ainsi pu étudier l’évolution et/ou destruction des molécules organiques, déterminer celles pouvant être à l’origine des composés chlorés détectés sur Mars, évaluer l’impact de la concentration en minéraux oxychlorés et celui du paramètre de température de pyrolyse. Les résultats indiquent que le nombre, la nature, et les abondances relatives des composés formés au cours de la pyrolyse, dépendent de la nature des phases minérales et organiques, de la concentration en minéraux oxychlorés et de la température de pyrolyse. / The search for organic molecules at the Mars’ surface is of primary interest to understand its past and/or present habitability. It is one among the main goals of the Mars Science Laboratory (MSL) space mission and especially of the Sample Analysis at Mars (SAM) experiment onboard the Curiosity rover. This thesis deals with the support to the SAM data treatment and interpretation, which aims to detect and inventory the organic molecules at the Mars’ surface. The first part of this work focuses on the analytical capabilities of the SAM gas chromatograph (GC) and the identification of the organics in the solid samples analysed on Mars with the flight model. To do so, I studied the analytical chain from injection to separation of the SAM GC in the flight operating conditions reproduced in the laboratory. I also created a library of retention times for molecules present or potentially present on Mars, and used as a reference library to treat the flight data. These data allowed to identify the organics in the martian solid samples, and to explain why a few molecules, expected to be present, are not detected. The second part of the thesis focuses on the impact of oxychlorine phases on the organics, during the pyrolysis process. With this aim, I developed a systematic approach to study the pyrolysis of organic molecules on the presence of oxidant minerals that have a high probability of presence at the Mars surface.The evolution and/or destruction of the organics was evaluated. We also looked for the organic and inorganic compounds that can be the precursors of the chlorohydrocarbons detected on Mars with SAM. Finally, we evaluated the influence of the oxychlorines concentration and of the pyrolysis temperature parameter. The results show that the number, the nature and the relative abundances of the compounds formed during the pyrolysis, depend on the nature of the organic and inorganic phases, of the concentration of the oxychlorines phases and of the pyrolysis temperature.

La métrologie laser basée sur l’analyse de la fluorescence de traceurs moléculaires est devenue l’un des outils clefs pour l’étude expérimentale de la dynamique des fluides réactifs. Une étude spectroscopique des propriétés photophysiques de fluorescence dans le domaine spectral UV-visible de plusieurs molécules fluorescentes appartenant aux cétones aliphatiques et aux aromatiques mono- et bicycliques a permis d’approfondir la compréhension de l’influence de la température, de la pression et de la concentration d’oxygène sur leur fluorescence. Les résultats expérimentaux obtenus ont ensuite permis le développement d’un modèle de simulation du rendement de fluorescence pour les espèces aromatiques (naphtalène et toluène), qui fournit des résultats très proches de ceux mesurés.De ces résultats, le développement de la technique d’imagerie de fluorescence (PLIF) sur la phase vapeur d’un carburant multi-composant a conduit à étendre cette analyse spectrale de fluorescence au cas du kérosène (Jet A-1). La comparaison entre les propriétés de fluorescence du kérosène et des traceurs aromatiques étudiés a notamment permis d’établir une stratégie de mesure de la concentration de la phase vapeur du kérosène dans des environnements où la teneur en oxygène est variable. Les signaux de fluorescence provenant des espèces mono- et di-aromatiques contenues dans le kérosène soulignent des évolutions différentes avec les conditions de température et teneur en oxygène. L’utilisation de filtres optiques appropriés associés à deux caméras ICCD permet alors une mesure bidimensionnelle de la température et de la concentration de kérosène en phase vapeur. La thèse débouche finalement sur l’application de cette technique PLIF-kérosène en combinaison avec la technique PLIF du radical OH en sortie d’un système d’injection industriel multi-point de nouvelle génération intégré dans une chambre de combustion haute pression. / Planar laser-induced fluorescence (PLIF) diagnostic based on the optical excitation of fluorescence tracers has become a key tool for the experimental study of fluid dynamics in reactive flows. A spectroscopic fluorescence study of several organic molecules from aliphatic ketones and mono- and bi-cyclic aromatics in gas-phase was performed in a high-pressure high temperature optical cell. The experimental measurements allowed the understanding of the influence of temperature, pressure and oxygen concentration on the photophysics of these molecules in the UV/visible domain. These results were then used to successfully develop a model of fluorescence yield of the naphthalene and toluene aromatic molecules permitting the simulation of the fluorescence signals with temperature, pressure and species composition in large domains of temperature and pressure.This study has been extended to the case of a multi-component aeronautical fuel (kerosene – jet A1) containing natural aromatics. The comparison of the spectroscopic data recorded in the optical cell to those of the aromatic tracers initially probed has then permitted the definition of a kerosene-PLIF excitation/detection strategy for kerosene vapour concentration measurements in reactive gaseous flowfield containing variable oxygen concentration. Fluorescence signals from mono- and di-aromatic species in kerosene highlight significant differences in evolution with temperature and oxygen concentration. With appropriate optical filters applied to two ICCD cameras, the two-dimensional instantaneous distribution of temperature and concentration of kerosene vapour is then possible to measure in reactive flows. Finally, the kerosene-PLIF diagnostic has been applied at the exit of an innovative multi-point aeronautical injection system integrated to high-pressure kerosene/air combustor test rig. The kerosene-PLIF, combined with the radical OH-PLIF confirmed their implementation in realistic high-pressure flowfields and delivered experimental fruitful experimental information on the effect of the fuel/air mixing on the flame structure in the combustion chamber.

La métrologie laser basée sur l'analyse de la fluorescence de traceurs moléculaires est devenue l'un des outils clefs pour l'étude expérimentale de la dynamique des fluides réactifs. Une étude spectroscopique des propriétés photophysiques de fluorescence dans le domaine spectral UV-visible de plusieurs molécules fluorescentes appartenant aux cétones aliphatiques et aux aromatiques mono- et bicycliques a permis d'approfondir la compréhension de l'influence de la température, de la pression et de la concentration d'oxygène sur leur fluorescence. Les résultats expérimentaux obtenus ont ensuite permis le développement d'un modèle de simulation du rendement de fluorescence pour les espèces aromatiques (naphtalène et toluène), qui fournit des résultats très proches de ceux mesurés.De ces résultats, le développement de la technique d'imagerie de fluorescence (PLIF) sur la phase vapeur d'un carburant multi-composant a conduit à étendre cette analyse spectrale de fluorescence au cas du kérosène (Jet A-1). La comparaison entre les propriétés de fluorescence du kérosène et des traceurs aromatiques étudiés a notamment permis d'établir une stratégie de mesure de la concentration de la phase vapeur du kérosène dans des environnements où la teneur en oxygène est variable. Les signaux de fluorescence provenant des espèces mono- et di-aromatiques contenues dans le kérosène soulignent des évolutions différentes avec les conditions de température et teneur en oxygène. L'utilisation de filtres optiques appropriés associés à deux caméras ICCD permet alors une mesure bidimensionnelle de la température et de la concentration de kérosène en phase vapeur. La thèse débouche finalement sur l'application de cette technique PLIF-kérosène en combinaison avec la technique PLIF du radical OH en sortie d'un système d'injection industriel multi-point de nouvelle génération intégré dans une chambre de combustion haute pression.