Cette thèse a permis de montrer, via l'étude de la matière organique insoluble extraterrestre et terrestre, que la forme impulsionelle de la RPE révéle des informations locales que la RPE-CW ne donne pas. En effet, par comparaison des cherts d'âge varié avec de la silice encapsulant différentes biomolécules, nous avons démontré par RPE-CW que des effets moyens étaient des effets thermiquement activés. En revanche, les méthodes impulsionnelles ont clairement montré que leur structure était différente. D'autre part, l'étude de la MOI des météorites par RPE impulsionnelle a mis en évidence un fort enrichissement en deutérium confirmant l'hypothèse selon laquelle cette matière est d'origine protosolaire. De plus, d'autres mesures ont également révélé leur organisation spatiale. Enfin, La similitude structurale entre les radicaux de la matière carbonée météoritique et ceux obtenus thermiquement laisse supposer que la matière carbonée météoritique aurait subi un épisode thermique.

Depuis la découverte de la chiralité moléculaire par Pasteur il y a plus de 150 ans, l'origine de l'homochiralité de la vie reste un mystère non résolu et troublant, qui remonte probablement à l'origine de la vie elle-même. Cette énigme a récemment été recensée dans Nature comme étant l’une des cinq plus grandes énigmes non résolues par la science.Aujourd'hui il existe deux façons d’aborder le problème de l'origine de l'asymétrie moléculaire impliquant des scénarios soit déterministes soit aléatoires. Ces derniers étant basés sur la résolution spontanée des énantiomères, et sont donc impossible à tester. En revanche, les théories déterministes peuvent être confrontées à l’expérience afin notamment de valider la reproductibilité de leur influence chirale.Le présent manuscrit est une synthèse bibliographique et expérimentale mettant en évidence les interactions de la LPC avec des molécules chirales dans le cadre de l’origine de l’homochiralité de la vie. Ces travaux ont pour but de mieux comprendre les propriétés chiroptiques de molécules chirales ainsi que de déterminer les espèces chirales susceptibles d'être présentes dans la glace cométaire / Since the Pasteur’s discovery of chirality more than 150 years ago, the origin of homochirality remains to be an unresolved mystery, which is probably linked to the origin of life-itself. This puzzle was named by the journal Nature as one of the five biggest unresolved puzzles in modern science.Today there exist two ways to address the question of the origin of molecular homochirality. It implies either deterministic or chance scenario. The latest is based on the spontaneous resolution of enantiomers by phase transition, and in consequence, it cannot be tested. On the other hand, deterministic theories can be subjected to experimental confirmation, since if there was, in fact, a chiral influence that imposed its chirality this should in principle be reproducible.The presented manuscript is a synthesis of bibliographic research and experimental studies that focus on the interaction of CPL with chiral molecules which are put in the context of the origin of homochirality of life. This work is aiming to advance our understanding of chiroptical properties of chiral molecules as well as to determine chiral species susceptible to be present in cometary ice

Etude de l'influence de l'atmosphère gazeux (CO₂, O₂, N₂) sur la vitesse d'une réaction solide-solide. CO₂ à un effet inhibiteur sur la vitesse de formation du metatitanate de Ba, de même que N₂. Par contre O₂ ralentit la réaction pour les faibles valeurs de sa pression partielle, mais l'accélère pour des valeurs plus élevées. Étude des différentes étapes interfaciales. Il semble que la vitesse de la réaction entre BACO₃ et TIO₂ pulvérulents ne soit pas fonction de la taille des grains du carbonate. On calcule la grandeur de l'interface réactionnel en fonction des caractéristiques du mélange pulvérulent

Les découvertes de traces de vie primitive, fossiles et biosignatures, suggèrent que celle-ci serait apparue il y 4,3 à 3,7 milliards d’années. Cette émergence est le résultat d’étapes menant des plus simples molécules organiques aux premières formes de vie unicellulaire.Ce travail de thèse examine l’hypothèse de l’apparition de la vie dans un environnement hydrothermal, dans lequel la pression, les gradients de température et de pH, la diversité des surfaces minérales et l’abondance d’énergie chimique auraient permis l’accumulation et la complexification de la matière organique. Il s’intéresse particulièrement aux étapes de concentration des nucléotides et de polymérisation des acides aminés, respectivement briques élémentaires du matériel génétique et des protéines, inhérentes au vivant.Cette thèse présente d’abord une étude des interactions de surfaces entre nucléotides en solution et minéraux en feuillets en conditions contrôlées de température, de pH et de salinité. Dans une deuxième partie, elle récapitule les résultats obtenus par l’observation in situ de l’effet des conditions hydrothermales et des surfaces minérales sur la polymérisation des acides aminés non activés.Ce travail suggère que les minéraux en feuillets, et plus particulièrement les argiles gonflantes, augmentent la concentration locale en nucléotide de trois ordres de grandeurs au moins en présentant un comportement très dépendant des conditions physicochimiques du milieu. De plus, il reconfirme l’importance de la température dans la polymérisation des acides aminés en solution, mais montre également que la pression et la présence de surfaces minérales ont une influence majeure sur la réactivité de ces molécules. Les environnements hydrothermaux semblent donc favorables à la concentration, la préservation et la complexification de la matière organique, étapes essentielles à l’émergence des propriétés du vivant. / The discovery of traces of primitive life, such as fossils and biosignatures, suggests that life may have appeared some 4.3 to 3.7 billion years ago. This emergence resulted from a chemical evolution with steps leading from simple organic molecules to the first single-celled organisms.This thesis tests the hypothesis of a hydrothermal origin of life. In such geochemical settings, pressure, temperature and pH gradients, mineral surfaces diversity and abundant chemical energy would have favored the accumulation and complexification of organic matter. This work focuses on the concentration of nucleotides and the polymerization of amino acids, which are the building blocks of genetic material and proteins, respectively.The first part of this thesis presents a large study of the interactions between nucleotides in aqueous solutions and phyllosilicates under controlled conditions of temperature, pH and salinity. The second part describes an in situ study of the effects of hydrothermal conditions and mineral surfaces in the polymerization of non-activated amino acids.This work suggests that sheet minerals, and especially swelling clays, increase the local concentration of nucleotides by three orders of magnitude and exhibit an adsorption behavior that is very dependent on the physical and chemical conditions of the environment. Moreover, this work confirms that the polymerization of amino acids in aqueous solutions is sensitive to temperature and it also underlines that pressure and mineral surfaces have a major role on the reactivity of these molecules. Hydrothermal environments thus favor the concentration, preservation and complexification of organic matter. These are crucial steps for the emergence of the properties of life in the chemical evolution.

La thèse aborde différentes questions de chimie prébiotique dans le contexte de l’origine de la vie par une approche de chimie systémique. La première partie est dédiée à l’étude de processus d’activation chimique important non seulement pour la formation de polymères, mais aussi pour alimenter le système en énergie de manière à le maintenir dans un état éloigné de l’équilibre, un prérequis pour l’auto-organisation. Il a été suggéré que les intermédiaires 5(4H)-oxazolones formés par l’activation de l’extrémité C-terminale des peptides pourrait être impliquée dans l’auto-organisation du vivant. Dans ce but, nous avons évalué la réactivité de réactifs pertinents dans un contexte prébiotique et décrits dans la littérature comme capables d’activer des acides α-aminés. Aucun d’entre eux n’a manifesté une activité satisfaisante pour l’activation C-terminale des peptides, montrant qu’une voie possible pour alimenter un protométabolisme des peptides en énergie n’est pas identifiée à ce jour à l’exception notable des N-carboxyanhydrides (NCA) qui peuvent être formé par des voies prébiotiquement plausibles. Nous avons par ailleurs démontré que les carbodiimides sont aussi efficaces pour l’activation des N-carbamoylamino acides que pour celle du carboxyle terminal des peptides en milieu aqueux dilué. La seconde partie du document expose de nouveaux résultats en faveur d’un processus de coévolution peptides-nucléotides. D’abord, une étude de la réactivité d’agents d’aminoacylation de l’extrémité 3’ de l’ARN est présentée. Ensuite, nous évaluons des co-polymères acides α-aminés-nucléotides liés par des enchaînements phosphoramidate et esters comme partenaires éventuels de l’évolution chimique. La pertinence cinétique de ces structures est démontrée ainsi que des voies chimiques permettant leur formation. / The thesis addresses several issues in prebiotic chemistry in the context of the origins of life through a systems chemistry approach. The first part is devoted to the study of chemical activation processes that are not only important in the formation of polymers, but also to feed the system with energy in order that a far from equilibrium state is maintained, a prerequisite for self-organization. It has been suggested that 5(4H)-oxazolones intermediates formed by C-terminus peptide activation could be involved in self-organization of life. To this aim, we have checked the reactivity of relevant prebiotic reagents previously proposed to activate α-amino acids. None of them led to a satisfactory C-terminus activation of peptides, showing that no general process for feeding a protometabolism of peptides with energy is identified yet, with the notable exception of N-carboxyanhydrides (NCAs) that can be formed through prebiotically relevant pathways. Additionally, we demonstrated that carbodiimides reagents are as efficient in the activation of N-carbamoyl amino acids as in that of the C-terminus of peptides in diluted aqueous media. The second part of the dissertation discloses new results in support of a process of coevolution of peptides and nucleotides. Firstly, a study of non-enzymatic aminoacylation reagents of the 3’-terminus of RNA is presented. Secondly, we assessed co-polymers of α-amino acids and nucleotides bound by phosphoramidate and ester linkages as potential players in chemical evolution. The kinetic relevance of these structures was demonstrated as well as potential chemical processes that allow their formation.

L’émergence de la complexité, et de la vie en particulier, demeure l’une des énigmes les plus complexes pour la science moderne. Des travaux récents ont souligné la pertinence d’un apport de la physique statistique et de la théorie des phénomènes critiques — et en particulier de la théorie des phénomènes à criticalité auto-régulée — relativement à ces champs d’intérêt, tout autant que du rôle des phénomènes de coopération biochimique dans les premiers instants du vivant. La description des mécanismes par lesquels la vie a pu apparaître est par ailleurs d’un intérêt pratique pour l’astrophysique, puisque notre compréhension de ceux-ci module la manière dont l’analyse de biosignatures s’effectue dans le cadre de la recherche de la vie ailleurs dans l’Univers. L’analyse proposée ici porte sur un modèle en théorie des jeux permettant d’étudier les phénomènes de coopération implémenté dans un contexte spatial servant à émuler la dynamique d’un système ayant pu voir apparaître la vie. Une analyse de l’espace des paramètres du modèle révèle que celui-ci affiche des phénomènes de transition de phase et d’auto-organisation de structures spatiales, ces éléments se révélant des adjuvants à l’émergence de la coopération entre joueurs a priori égoïstes, dans un contexte qui à prime abord n’est pas d’emblée favorable à l’apparition de comportements coopératifs. Les résultats obtenus ici semblent supporter que la coopération biochimique puisse apparaître via un phénomène de transition de phase et que le modèle sous-jacent de dilemme du prisonnier itéré sur réseau présenté ici agit comme un système à criticalité autorégulée. / The emergence of complexity, and of life more specifically, is still one of the most intractable conundrums for modern science. Recent work emphasized the relevance of statistical physics and critical phenomena theory’s contribution to those questions — especially of self-organized criticality theory — just as much as the role of biochemical cooperation in life’s first moments. Moreover, the description of the mechanisms by which life could have appeared is of particular interest for astrophysics, because our comprehension of those mechanisms influences how biosignatures are analyzed in the context of the search for life elsewhere in the Universe. The analysis presented here concerns a model in game theory that allows to study cooperation phenomena — implemented in spatial context as to emulate the dynamics of a system in which life could have appeared. An analysis of the model’s parameter space reveals that it displays phase transition and self-organization of spatial structures phenomenon, those elements being adjuvants to the emergence of cooperation between a priori egoist players, in a context that is initially not favorable to the emergence of cooperative behavior. The results obtained here thus seem to support the idea that both biochemical cooperation can emerge through phase transition phenomena, and that the underlying lattice iterated prisoner’s dilemma model used here behaves like a self-organized critical system.