NUCLÉAIRE (PHYSIQUE)Isotopes

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Géochimie isotopique

La composition isotopique des éléments n'est pas absolument constante dans la nature. Deux groupes de causes sont à l'origine de ces variations :

– la formation d'isotopes (stables ou instables), par suite de phénomènes nucléaires (par exemple, isotopes 206, 207, 208 du plomb, isotope 87 du strontium, isotope 14 du carbone, etc. ; cf. géochronologie, radioactivité) ;

– des différences de comportement entre les isotopes d'un même élément (cf. chap. 2, Effets isotopiques).

La constante K d'équilibre isotopique est peu différente de 1, de sorte que les variations isotopiques détectées dans la nature dépassent rarement quelques millièmes. K est fonction inverse de la température et tend vers 1 aux températures élevées.

Des différences de vitesse d'échange entre espèces isotopiques variées conduisent à des « fractionnements cinétiques » généralement plus importants que ceux qui sont constatés pour les systèmes en équilibre.

Système 13C/12C

Les deux groupes essentiels où le carbone intervient sont les carbonates (calcaires, dolomies, carbonatites), les hydrocarbures et les « hydrates de carbone » naturels (fig. 1a). Les autres formes carbonées naturelles sont encore peu étudiées.

Variations isotopiques du carbone 13, de l'oxygène 18 et du souffre 34

Diaporama : Variations isotopiques du carbone 13, de l'oxygène 18 et du souffre 34

Diaporama

Variations isotopiques du carbone 13, de l'oxygène 18 et du souffre 34 dans la nature. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Pour les carbonates, les compositions isotopiques sont déterminées par le système CO2-HCO3-CO32— en solution ; la température et l'origine du CO2 (et donc sa composition isotopique) sont les deux paramètres essentiels. Dans la plupart des cas, c'est le stock océanique de bicarbonate, à composition isotopique assez constante, qui définit les grandes lignes de l'évolution des systèmes ; mais, dans certains cas, où le CO2 provient surtout de l'activité bactérienne dans les sols et les vases, les carbonates ont une teneur en 13C beaucoup plus basse qui peut être un excellent indice pour déterminer leur origine.

D'une manière générale, la teneur en 13C varie avec le degré d'oxydation du carbone ; aussi la matière organique est-elle beaucoup moins riche en 13C que la plupart des carbonates. L'oxydation [...]

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Écrit par :

  • : agrégé de sciences physiques, docteur ès sciences, maître de recherche au C.N.R.S.
  • : professeur à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie

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Pour citer l’article

René BIMBOT, René LÉTOLLE, « NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Isotopes », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 13 avril 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleaire-physique-isotopes/