Géochimie isotopique et géochronologie

L’objectif de ce plateau est la production d’analyses géochimiques (isotopes stables et radiogéniques) et géochronologiques/thermochronologiques. Ce plateau fait partie intégrante de la Plateforme Analytique de l’OSUR et comporte 6 spectromètres de masse, un ICP-MS quadripole couplé à un laser Excimer, et un microscope automatisé pour les traces de fission.

Système Ablation Laser ICP-MS de Géosciences Rennes
  1. Fonctions du plateau technique
  2. Spectrométrie gaz rares
  3. Spectrométrie isotopes stables
  4. Spectrométrie source solide (TIMS)
  5. Ablation Laser ICP-MS
  6. Traces de fission sur apatite

Responsable Scientifique : Marc POUJOL

Responsables techniques : David VILBERT et Dominique BAVAY

L’Union Européenne (FEDER) a contribué à l’équipement du plateau technique

Fonctions du plateau technique

Cinq chercheurs, enseignants/chercheurs et un Post-Doc sont à l’heure actuelle directement impliqués dans le fonctionnement du plateau :

Philippe Boulvais (MC) - Isotopes stables,
Gilles Ruffet (CR) - 39Ar-40Ar,
Marc Jolivet (DR) - Traces de fission,
Kerry Gallagher (Pr) - Traces de fission,
Nathan Cogné (Post-Doc) - Traces de fission, Analyses Traces et U-Th-Pb par LA-ICP-MS,
Marc Poujol (MC) - LA-ICP-MS, U-Pb, Sr, Sm-Nd.

Ce plateau est actuellement constitué de 5 entités : 
 Spectrométrie gaz rares, 
 Spectrométrie isotopes stables, 
 Spectrométrie source solide (TIMS), Ablation Laser ICP-MS et Analyses Traces de fission.

David Vilbert, Dominique Bavay et Nathan Cogné sont occupés à développer une ligne d'extraction d'hélium pour la datation (U-Th)/He sur minéraux (voir figure ci-dessous). Celle-ci comprend une extraction de l'hélium par chauffage laser, une partie de la ligne servira ensuite à la purification du gaz, et au final, l'analyse sera réalisée par un spectromètre de masse quadripolaire (Prisma). L'ensemble est piloté en automatique via Labview.

A broad range of dating tools.... and closing temperatures

Spectrométrie gaz rares

Développement de l’unité de mesure



Le développement de cette entité a été intégralement effectué par G. Ruffet de fin 2000 à fin 2003. Il n’existait préalablement aucune infrastructure « Gaz rares » à Géosciences.

Le développement d’une nouvelle unité de mesure est en cours avec la collaboration de D. Bavay. Cette nouvelle unité composée de deux spectromètres de masse Thermo Helix SFT a été financé dans le cadre du CPER par l’Union-Européenne (FEDER), Rennes Métropôle et le CNRS.

 

New equipment being developed for K-Ar dating - © Marc Poujol

Descriptif de l’unité de mesure

Une ligne 39Ar-40Ar d’extraction des gaz tout inox à très bas bruit de fond, avec hublot à pompage différentiel, couplée à un laser CO2 de puissance (SYNRAD) et une optique de visualisation pour l’analyse en step-heating de minéraux ou grains individuels.

Un spectromètre de masse à secteur magnétique pour l’analyse des gaz rares (MAP 215 équipé d’une source de Nier) piloté sous Labview (gestion du spectromètre de masse et acquisition de données). Le pompage et une partie de l’électronique ont été remis à neuf. 
 Une infrastructure complète indispensable au fonctionnement d’un tel laboratoire (informatique, systèmes de pompage, systèmes d’étuvage, stock de pièces détachées, stockage des produits radioactifs, .......)

Spectrométrie isotopes stables

 Responsable P. Boulvais

Début 2018, l'activité en géochimie des isotopes stables sur le site de Géosciences Rennes est centrée sur l'analyse des carbonates, dans tous types de matériaux géologiques, permettant d'adresser des problématiques scientifiques variées (métallogénie, paléo-environnement, traçage de fluides).

Spectrométrie source solide (TIMS)

Cette entité, à la différence des deux précédentes n’a fonctionné jusqu’à présent qu’en mode prestation de service. Ce service est assuré par David Vilbert, qui travaille en spectrométrie (maintenance et analyses) et à la préparation des échantillons en salle blanche.

Equipements disponibles à Géosciences


L’entité Spectrométrie source solide est équipée d’un spectromètre de masse Finnigan Mat 262 multicollecteur acquis en 1990. Il est utilisé pour la détermination des rapports isotopiques (Sm-Nd et Sr) par dilution isotopique (ID-TIMS) et des teneurs en Sr, Sm, Nd et en Pb sur roches et minéraux ainsi que sur eau (Nd-Sr).

L’entité est également pourvue d'une salle blanche pour la préparation des échantillons. Une jouvence du comptage d’ion du spectromètre de masse Finnigan a été effectuée en juillet 2003, accompagnée d’une jouvence de l’informatique d’asservissement du spectromètre de masse.

Ablation Laser ICP-MS

ResponsableM. Poujol 

Cet équipement, financé par le CPER (Région Bretagne, Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche, CNRS, Europe(FEDER)) est dédié à la géochronologie in-situ U-Th-Pb sur minéraux séparés (zircon, monazite, sphène, baddeleyite, xenotime, rutile, allanite, apatite, calcite, colombo-tantalite, scheelite) ou en contexte en lames minces. Il est également adapté à la détermination des teneurs en éléments en traces sur des minéraux, des inclusions magmatiques ou tout autre objet d’intérêt nécessitant une analyse ponctuelle à haute résolution spatiale.

Cet équipement est composé d’un spectromètre ICP-MS Agilent 7700x équipé d’un pompage de l’interface renforcé. Un système laser Excimer 193 nm ESI (NWR193UC) entièrement piloté par ordinateur et équipé d’un laser Coherent à durée d’impulsion ultra-courte (<5ns) et d’une cellule d’ablation à deux volumes. Différents porteurs d’échantillons (de 10 x 10 cm) sont disponibles selon les besoins. Les diamètres d’impacts sont réglables entre 1 et 150 µm de diamètre par pas de 1 micron. Il est aussi possible d’ablater suivant des rectangles pré-définissables (max 150 x 150 microns) et orientables à 360° afin, par exemple, d’analyser une zone donnée dans un grain.

 

LA-ICP-MS - Laser Excimer couplé à un ICP-MS quadripôle. - © Marc Poujol

Traces de fission sur apatite

Le laboratoire dispose d'un microscope Zeiss Imager M1m couplé à une platine de mesure automatisée Zeiss pour effectuer en routine la datation par la méthode des traces de fission sur apatite. Le dosage de l'uranium se fait directement par ablation laser ICP-MS (voir ci dessus). L'avantage de cette approche est d'éviter d'envoyer les échantillons à l'irradiation et de pouvoir mesurer en simultané les concentrations en éléments traces (Terres Tares par exemple) mais aussi de dater le minéral apatite par la méthode U-Pb.
 

Fission Track Equipment - © Marc poujol