Méthodes isotopiques : trois exemples emblématiques
Au fil des ans, le BRGM a acquis divers appareils très performants d’analyse isotopique : plusieurs spectromètres de masse dont un spectromètre de masse à source plasma et à multi-collection (MC-ICP-MS) ou encore un spectromètre de masse à flux continu (CF-IRMS), un laser UV, etc.
Améliorer les méthodes isotopiques
Parallèlement, le BRGM a accumulé de solides compétences en la matière et a développé le projet de concevoir, élaborer et valider des méthodes de traçage isotopique et de datation radiochronologique. Au nombre des objectifs : élargir les capacités de datation et d’identification des roches, mais aussi comprendre et quantifier les mécanismes de migration des éléments dans les systèmes souterrains, dans les systèmes anthropisés comme le stockage du CO2, etc.
Microextraction sur phase solide de composés organiques volatils (COV) qui se trouvent dans des eaux polluées pour mesures isotopiques sur de très faibles quantités. © BRGM
Elargir le domaine d’application de l’outil isotopique
Avec l’amélioration des instruments et l’analyse d’échantillons de plus en plus variés à des échelles de plus en plus fines, il faut développer de nouvelles approches méthodologiques et techniques. L’idée est en effet d’élargir le domaine d’application de l’outil isotopique, en particulier dans le secteur de la métrologie appliquée à l’environnement. Il s’agit par exemple de mettre au point l’analyse d’isotopes nouveaux (chrome, calcium, zinc, sélénium…), d’optimiser certaines techniques déjà développées (uranium-plomb, uranium-thorium, lithium, bore, plomb, oxygène, carbone, azote, soufre, hydrogène…) et d’explorer leur applicabilité à différents domaines (eau, géothermie, régolithe, pollutions, stockage, déchets…).
Le bore, excellent traceur de pollution
Parmi les éléments sur lesquels le BRGM a travaillé en 2010 : le bore, qui est un excellent traceur car il "fractionne" fortement. Il permet donc de suivre des pollutions anthropiques, des interactions eau-roche, des mélanges de masses d’eau… Grâce à l’analyse isotopique, il est possible de qualifier et quantifier les différentes sources (pôles). La méthode mise au point par MC-ICP-MS tire son originalité de la très faible quantité de bore qu’elle nécessite. Usuellement, l’analyse isotopique du bore se fait au moyen d’un spectromètre de masse à source solide (TIMS). Problème : il faut environ 4 µg de bore. Pour une eau de pluie en contenant seulement 1 µg/l ou moins, il faudrait au moins 4 litres d’eau, ce qui est rarement possible. La méthode développée par l’équipe du BRGM permet de travailler sur 100 ng de bore. Ce résultat a été validé et a fait l’objet d’une publication scientifique.
L’analyse du sélénium
En ce qui concerne le sélénium, le BRGM met au point une méthode utilisant le MC-ICP-MS, couplé à un générateur d’hydrures. Le sélénium est particulièrement intéressant dans le cadre d’une problématique environnementale car, pour un très faible écart de teneur, il peut passer d’élément essentiel à élément toxique. Sa spéciation joue également un grand rôle au regard de sa toxicité et de sa mobilité. Toutefois, l’une des difficultés pour l’analyser tient aux multiples interférences de masse générées dans le plasma. Pour les réduire, il a été choisi de travailler par ajout de méthane et génération d’hydrures. Quant à la purification de l’échantillon, en amont de cette analyse, la méthode est en cours de développement.
Générateur d’hydrures avec ajout de méthane utilisé pour la mesure des isotopes du sélénium. © BRGM
Une méthode d’analyse de composés organiques volatils
Enfin, le BRGM a achevé le développement d’une méthode d’analyse de composés organiques volatils (COV) par CF-IRMS. L’objectif était de mettre au point l’analyse des compositions isotopiques en carbone (Δ13C) et en hydrogène (Δ2H) de ces composés mais aussi d’en valider l’application au traçage de leurs sources et à la caractérisation des processus les affectant dans les eaux souterraines et les sols. Ce travail a aussi donné lieu à plusieurs publications.
