Centre Européen
de Recherche et d'Enseignement
des Géosciences de l'Environnement

Isotopes radiogéniques et isotopes "non conventionnels"

Notre groupe de recherche utilise la géochimie isotopique pour étudier les environnements terrestres de (sub)surface dans le passé et le présent. Les principaux programmes de recherche portent sur l’étude des climats passés, les grands cycles géochimiques et l’impact des activités anthropiques sur l’environnement.

Nous sommes plus particulièrement spécialisés dans la mesure à haute précision de l’abondance relative ou absolue d’isotopes présents dans l’environnement à l’état de traces (μg/g) et d’ultra-traces (ng/g et inférieur), avec des applications dans les domaines de la datation absolue par radiochronologie (déséquilibres U-Th et U-Pb) et du traçage isotopique de sources (signatures isotopiques en Sr, Pb, Nd, U et Ra). Les moyens techniques disponibles comprennent une salle blanche pour la préparation chimique des échantillons et trois spectromètres de masse (un MC-ICPMS et deux TIMS).

Dans le cadre de l’Equipex ASTER-CEREGE, notre groupe a acquis un MC-ICPMS (Multi-Collector – Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer) Neptune Plus (ThermoFisher Scientific). Cet instrument de dernière génération a été installé dans nos locaux du CEREGE en Février 2014. Il est équipé de l’interface Jet, de 9 collecteurs de Faraday (avec un panel d’amplificateurs à résistances de 1010, 1011 ou 1012 Ohms), d’un multiplicateur d’électrons et un bloc de 4 CDD (Compact Discrete Dynode). Cet instrument est dédié aux analyses haute précision des compositions isotopiques du Th, U, Pb, Nd, Sr, Cu et Zn et grâce à la haute résolution du Si (liste non exhaustive).

 

MC-ICPMS Neptune+

 

Notre groupe est aussi équipé de deux modèles de TIMS (Thermal Ionisation Mass Spectrometer) :

un spectromètre de masse Finnigan MAT 262 équipé de cinq collecteurs de Faraday et d’un multiplicateur d’électrons en mode de comptage d’ions. Il est utilisé en routine pour des analyses des isotopes du Sr, du Pb, du Nd et du Ra qui nécessitent une précision correcte.

 

Spectromètre de masse Finnigan MAT 262

 

un spectromètre de masse VG 54-30 muni de sept collecteurs de Faraday et d’une extension constituée d’un déflecteur électrostatique suivi d’un détecteur de Daly en mode comptage d’ions. Cet instrument est dédié aux analyses de haute précision et possède des performances optimales en termes d’efficacité de séparation, de sensibilité et de linéarité de l’échelle de mesure. Il est utilisé pour des analyses des isotopes du Th, U, Sr et Pb.

Spectromètre de masse VG 54-30

 

Cette plateforme instrumentale constitue un outil scientifique majeur sur lequel s’appuient de nombreux travaux de recherche qui s’inscrivent dans des programmes réalisés ou en cours :

Paléoclimatologie : reconstitution des fluctuations du niveau marin lors du dernier cycle glaciaire-interglaciaire par datation U-Th des récifs coralliens (Bard et al. 1996a,b, 2010, Deschamps et al. 2012). Nous avons récemment mis en évidence une brève accélération de la remontée rapide du niveau marin eustatique lors de la dernière déglaciation (18000 à 10000 ans BP) (Deschamps et al. 2012). En parallèle, les coraux sont utilisés pour d’autres analyses paléocéanographiques (Cardinal et 2001, Delanghe et al. 2002, Felis et al. 2012). Nous appliquons aussi la datation U-Th aux spéléothèmes qui fournissent des archives paléoclimatiques continentales (Genty et al. 2001, Bard et al. 2002a,b, Pons-Branchu et al. 2010).

Hydrologie : traçage isotopique des circulations continentales, marines et océaniques à l’aide des isotopes du Sr, du Pb et du Ra. Nous avons travaillé sur le fonctionnement des affluents souterrains du Rhône (Ollivier et al. 2008), le régime hydrique du lac Tchad, l’alimentation en eau de la lagune de Venise (Gattacceca et al. 2009, 2011) et la circulation océanique dans l’Atlantique nord (Véron et al. 1999) ;

Géologie : étude des vitesses de transfert de matière dans les systèmes géologiques par datations U-Th ou U-Pb. Nous avons étudié la migration de l’uranium dans des mines de Finlande (Pomiès et al. 2004) et la formation des stalagmites dans le réseau karstique du Barrois (Jaillet et al. 2004) ;

Environnement : traçage des apports sédimentaires et de la contamination de sites côtiers à l’aide des isotopes du Sr, du Nd et du Pb. Nos principaux projets ont porté sur l’étude des dépôts sédimentaires en Méditerranée (Tachikawa et al. 2004), l’anthropisation préhistorique du port d’Alexandrie (Véron et al. 2006), l’occupation antique du port de Sidon (Véron et al. 2009) et l’évolution des polluants dans les sous-sols de Camargue (Miralles et al. 2004).

 

Contacts :

Responsables scientifiques : Pierre Deschamps, Bruno Hamelin, Edouard Bard

Responsable technique du MC-ICPMS : Abel Guihou

Responsable technique des TIMS : Wulfran Barthélemy

Responsable technique des salles blanches : Hélène Mariot

 

Références :

Bard E, Hamelin B, Arnold M, Montaggioni L, Cabioch G, Faure G, Rougerie F. Deglacial sea level record from Tahiti corals and the timing of meltwater discharge. Nature 382, 241-244 + 2 p. suppl. (1996a).

Bard E, Jouannic C, Hamelin B, Pirazzoli P, Arnold M, Faure G, Sumosusastro PA, Syaefudin. Pleistocene sea levels and tectonic uplift based on radiometric dating of coral terraces at Sumba Island, Indonesia. Geophysical Research Letters 23, 12, 1473-1476 (1996b).

Bard E, Antonioli F, Silenzi S. Sea-level during the penultimate interglacial period based on a submerged stalagmite from Argentarola Cave (Italy). Earth and Planetary Science Letters  196, 135-146 (2002a).

Bard E, Delaygue G, Rostek F, Antonioli F, Silenzi S, Schrag DP. Hydrological conditions over the western Mediterranean basin during the deposition of the cold sapropel 6 event. Earth and Planetary Science Letters 202, 481-494 (2002b).

Bard E, Hamelin B, Delanghe-Sabatier D. Deglacial melt water pulse 1B and Younger Dryas sea-levels revisited with new onshore boreholes at Tahiti. Science 327, 1235-1237 + 15 p. suppl. (2010).

Cardinal D, Hamelin B, Bard E, Pätzold J. Sr/Ca, U/Ca and 18O records in massive corals from Bermuda: Relationships with sea surface temperatures. Chemical Geology 176, 213-233 (2001).

Delanghe D, Bard E, Hamelin B. New TIMS constraints on the uranium-238 and uranium-234 in seawaters from the main ocean basins and the Mediterranean Sea. Marine Chemistry 80, 79-93 (2002).

Deschamps P, Durand N, Bard E, Hamelin B, Camoin G, Thomas AL, Henderson GM, Okuno J, Yokoyama Y. Ice sheet collapse and sea-level rise at the Bølling warming 14,600 yr ago. Nature 483, 559-564, + 35 p. suppl. (2012).

Felis T, Merkel U, Asami R, Deschamps P, Hathorne EC, Kölling M, Bard E, Cabioch G, Durand N, Prangue M, Schulz M, Cahyarini SY, Pfeiffer M. Pronounced interannual variability in tropical South Pacific temperatures during Heinrich stadial 1. Nature Communications 3, 965, 1-7, + 17 p. suppl. (2012).

Gattacceca J, Vallet-Coulomb C, Mayer A, Claude C, Radakovitch O, Conchetto E, Hamelin B. Isotopic and geochemical characterization of salinization in the shallow aquifers of a reclaimed subsiding zone : The southern Venice Lagoon coastland. Journal of Hydrology 378, 46-61 (2009).

Gattacceca JC, Mayer A, Cucco A, Claude C, Radakovitch O, Vallet-Coulomb C, Hamelin B. Submarine groundwater discharge in a subsiding coastal lowland : A 226Ra and 222Rn investigation in the Southern Venice lagoon. Applied Geochemistry 26, 907–920 (2011).

Genty D, Baker A, Massault M, Proctor C, Gilmour M, Pons-Branchu E, Hamelin B. Dead carbon in stalagmites : carbonate bedrock paleodissolution vs. ageing of soil organic matter. Implications for 13C variations in speleothems. Geochimica et Cosmochimica Acta 65, 3443-3457 (2001).

Jaillet S, Pons-Branchu E, Brulhet J, Hamelin B. Karstification as geomorphological evidence of river incision : the karst of Cousance and the Marne valley (eastern Paris Basin). Terra Nova 16, 167-172 (2004).

Miralles J, Radakovitch O, Cochran JK, Véron A, Masqué P. Multitracer study of anthropogenic contamination records in the Camargue, Southern France. The Science of the Total Environment 320, 63-72 (2004).

Ollivier P, Claude C, Radakovitch O, Hamelin B. TIMS measurements of 226Ra and 228Ra in the Gulf of Lion, an attempt to quantify submarine groundwater discharge. Marine Chemistry 109, 337-354 (2008).

Pomiès C, Hamelin B, Lancelot J, Blomqvist R. 207Pb/206Pb and 238U/230Th dating of uranium migration in carbonate fractures from the Palmottu uranium ore (southern Finland). Applied geochemistry 19, 273-288 (2004).

Pons-Branchu E, Hamelin B, Losson B, Jaillet S, Brulhet J. Speleothem evidence of warm episodes in northeast France during Marine Oxygen Isotope Stage 3 and implications for permafrost distribution in northern Europe. Quaternary Research 74, 246-251 (2010).

Tachikawa K, Roy-Barman M, Michard A, Thouron D, Yeghicheyan D, Jeandel C. Neodymium isotopes in the Mediterranean Sea : comparison between seawater and sediment signals. Geochimica et Cosmochimica Acta 68, 3095-3106 (2004).

Véron AJ, Church TM, Rivera-Duarte I, Flegal AR. Stable lead isotopic ratios trace thermohaline circulation in the subarctic North Atlantic". Deep-Sea Research II 46, 919-935 (1999).

Véron A, Goiran JP, Morhange C, Marriner N, Empereur JY. Pollutant lead reveals the pre-Hellenistic occupation and ancient growth of Alexandria, Egypt. Geophysical Research Letters 33, (6), (2006).

Véron A, Poirier A, Le Roux G. Lead isotopes reveal the origin of middle bronze age artefacts found in Sidon (Burial 42). Archaeology & History in Lebanon 29, 68-74 (2009).