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

Unité de géochimie inorganique

La composition chimique élémentaire des archives sédimentaires marines et lacustres fournit des informations précieuses pour reconstituer les paramètres climatiques. Nous utilisons deux approches complémentaires : l’analyse quantitative des concentrations d’éléments à partir d’échantillons discrets à l’aide d’un ICP-QMS (inductively coupled plasma–quadrupole mass spectrometry), et l’analyse rapide et non destructive en haute résolution spatiale (200 μm à quelques mm) grâce à un scanner multifonction micro fluorescence des rayons X (micro-XRF).

L’ICP-MS et le scanner XRF ont été installés en 2007 et 2008 dans un nouveau laboratoire du bâtiment Trocadéro (Antenne du Collège de France). Cette unité de géochimie élémentaire a été financée aux deux tiers par des crédits attribués au Collège de France et pour un tiers au CEREGE.

L’ICP-QMS (Agilent 7500ce)

La spectrométrie de masse à plasma inductif couplé (ICP-MS) est une technique d’analyse quantitative multi-élémentaire. Une large gamme d’éléments (de 7 à 250 unité de masse atomique) peut être mesurée à des teneurs allant de 10-12g/ml à 10-6g/ml. (Figure ci-dessous).

ICP-MS Agilent 7500ce installé au bâtiment Trocadéro (Collège de France).

Cette technique permet de séparer les ions produits dans un plasma d’argon en fonction de leur rapport masse/charge grâce à un filtre de masse (quadripôle) pour être finalement détectés par un multiplicateur d’électrons. Le système est muni d’une chambre collision/réaction (octopôle) rempli d’un gaz inerte (He) qui supprime les interférences polyatomiques (Figure ci-dessous).

Schéma du système Agilent 7500ce. Nébulisateur (A), chambre de nébulisation (B), torche (C), plasma (D), interface et optique ionique (E), système de réaction à octopôle (ORS) (F), système de vide et analyseur (G), système de détection (H).

 

Le scanner multifonction micro-XRF, ITRAX (Cox Analytical Systems)

Les spécifications notables du scanner ITRAX sont sa multifonctionnalité, sa rapidité de mesure et sa résolution spatiale modulable selon l’échantillon. Celui-ci est placé sur un support motorisé et l’analyse est réalisée dans la tour centrale (Figure i) qui contient une source de rayon X (Figure ii, D) avec un collimateur (Figure ii, E), et un détecteur mobile XRF (Figure ii, C).

L’appareil permet d’obtenir la composition chimique par la mesure XRF ainsi qu’une radiographie X (Figure ii, F) et une image optique à haute résolution (Figure ii, A). Il est adapté aux différents types d’échantillon tels que des sédiments en demi sections et u-channels (longueur < 1.8 m).

Figure i - ITRAX core scanner installé au bâtiment Trocadéro (Collège de France).

Figure ii - Schéma du système ITRAX.. Caméra optique (A), système laser (B), détecteur XRF (C), tube rayons X (D), guide d’onde pour faisceau fin de rayons X (E) et caméra radiographie (F). D’après Croudace et al. (2006)

De nombreux tests techniques nous ont permis de montrer que les analyses semi-quantitatives par scanner XRF peuvent être calibrées grâce aux mesures par ICP-MS (Böning et al. 2007, Cartapanis et al. 2011). La combinaison des deux méthodes permet d’évaluer la variabilité de paramètres climatiques comme l’apport des fleuve (via la caractérisation de la fraction terrigène avec Ti, K, Si, Fe…), la productivité biologique (avec le Br et le Cd pour la matière organique, Ca et Sr pour les carbonates biogéniques, Si/K ou Si/Ti pour l’opale), ainsi que les conditions d’oxydoréduction dans la colonne d’eau ou les sédiments (ex. Fe/Ti, Mn/Ti, Mo, U, Cd).

Nous utilisons les enregistrements en éléments majeurs, mineurs et traces obtenues sur des carottes de sédiments marins pour reconstituer la variabilité des précipitations en zone intertropicale en relation avec la mousson (Tachikawa et al. 2011), pour étudier les changements de la ventilation des masses d’eaux profondes (Pailler et al. 2002, Bard & Rickaby 2009) et intermédiaires, notamment au niveau des zones de minimum en oxygène (Böning & Bard 2009, Cartapanis et al. 2011, 2012), ainsi que pour étudier l’apport des fleuves drainant la fonte des calottes glaciaires (Soulet al. 2013) (voir aussi le thème « Dynamique et grands cycles climatiques à l’échelle globale »). Nous contribuons également à des études de sédiments lacustres afin de suivre la variabilité climatique et l’impact anthropique à l’échelle régionale (Wilhelm et al. 2012, 2013, Jenny et al. 2013).

 

Contacts :

Responsables scientifiques : Edouard Bard, Kazuyo Tachikawa

Responsable technique : Marta Garcia

 

Références :

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