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1.3 Le point chaud de Crozet

2.1.4 Analyse de l’Argon par spectrométrie de masse

Les mesures de l’Ar sont effectuées sur le même aliquote que celui employé pour

déterminer les teneurs en K. La technique d’analyse (méthode Cassignol-Gillot) que nous

avons utilisé est décrite par Gillot and Cornette (1986). Cette méthode permet de mesurer

de faibles teneurs en

40

Ar radiogénique aussi bien pour la détermination des âges anciens

que des âges jeunes, sans utiliser la dilution isotopique via l’ajout d’un spike

38

Ar. Les

analyses ont été effectuées au laboratoire Intéraction et Dynamique des Environnements

Sédimentaires (UMR 4148, Université Paris Sud XI, Orsay), en collaboration avec G.

Delpech.

L’

40

Ar issu de la désintégration du

40

K est un gaz piégé au sein de la mésostase de

l’échantillon. Il convient d’extraire ce gaz puis d’éliminer les gaz autres que l’Ar avant

la mesure de sa composition isotopique par spectrométrie de masse. Pour ces analyses,

nous utilisons une ligne d’extraction de l’argon en acier inoxydable qui est séparé en deux

parties (fig. 2.2) :

– la partie d’extraction et de purification du gaz, maintenue à un vide secondaire de

l’ordre de 10

−7

Torr au moment de l’extraction des gaz.

– la partie du spectromètre de masse. Cette zone est maintenue à un vide secondaire

poussé de l’ordre de 10

−8

Torr, à l’aide d’une pompe turbo-moléculaire associée à

une pompe primaire. Cette ligne va permettre l’attraction du gaz depuis la première

zone vers le spectromètre.

2.1.4.1 Extraction de l’Argon :

La masse de fraction de mésostase pesée pour l’analyse de l’

40

Ar dépend directement

de la concentration en K mesurée dans le même aliquote, elle sera donc pesée avec

préci-sion. Cette fraction est placée dans un creuset en molybdène préalablement dégazé et situé

à l’intérieur d’un tube de quartz sous ultra-vide (ordre de 1.10

−7

Torr). Cette enceinte est

alors chauffée par un four à induction (solénoide parcouru par un courant alternatif de

haute fréquence) à des températures proches de 2000°C, et est refroidie par circulation

d’eau. Les phases minérales constituant la mésostase fondent entre 800°C et 1200°C,

li-bérant ainsi tous les gaz qu’elles contiennent : H

2

O, CO

2

, et l’Ar. Pendant la fusion de la

mésostase, un doigt de charbon actif placé plus en aval de la ligne (fig. 2.2) est refroidi

par de l’azote liquide afin d’optimiser l’extraction et le piégeage des gaz.

2.1.4.2 Séparation de l’Argon :

La séparation de l’argon des autres gaz repose sur des étapes successives de

purifica-tion chimique. Une fois l’extracpurifica-tion des gaz complète, le doigt de charbon actif est isolé

du reste de la ligne et réchauffé à 300°C pour libérer tous les gaz qu’il a piégé lors de

l’extraction. En parallèle, un doigt de mousse de titane (fig. 2.2) est également chauffé

à 700°C pendant 1 heure pour piéger tous les gaz non-inertes et isoler les gaz rares. La

température et le temps de chauffe sont suffisamment élevés pour considérer que tout l’Ar

contenu dans l’échantillon a été récupéré et purifié. La qualité de purification du gaz est

contrôlée et améliorée par une série de getters (i.e. pièges à gaz) de type SAES Al-Zr, qui

sont placés tout au long de la ligne jusqu’au spectromètre de masse et évitent l’apparition

de gaz rémanents dans la ligne.

FIGURE2.2 –Schéma de la ligne d’extraction de l’Argon. Dans le secteur d’extraction et de purification,

il existe 2 lignes identiques et mises en parallèle (#1 et #2), dont une seule des deux est mise à contribution

lors de l’analyse.HF = Haute Fréquence.

2.1.4.3 Analyse isotopique de l’Argon :

Le gaz inerte situé dans la zone d’extraction et de purification est désormais composé

d’argon, d’hélium et d’autres gaz (néon, krypton) en quantité négligeable par rapport à

l’argon. Après l’heure de purification, l’Ar est attiré et piégé dans le second secteur (fig.

2.2) en refroidissant les doigts de charbon actif dans de l’azote liquide. La condensation

du gaz purifié permet l’élimination de l’hélium, dont la température de condensation est

bien inférieure à celle de l’azote liquide. Ce gaz sera évacué de la ligne par pompage sur

la seconde pompe turbo-moléculaire du second secteur (fig. 2.2).

Préalablement à l’analyse, la calibration du spectromètre est vérifiée en mesurant une

dose d’Ar atmosphérique de référence, dont la valeur est connue. Cette dose a été calibrée

par volumétrie (0,1 cm

3

) et comparée à des géostandards de référence, dont le standard

GL-O (Cassignol and Gillot, 1982; Odin, 1982; Gillot and Cornette, 1986). En effet, le

nombre d’atomes d’

40

Ar de cette dose est calibré par mesures de ce standard et estimé à

1,606.10

13

atomes. La dose calibrée est détendue dans un volume identique à celui du gaz

échantillon puis mesurée par le spectromètre de masse. Les isotopes

40

Ar et

36

Ar sont

me-surés simultanément sur un double collecteur pendant 2 à 3 minutes, avec une mesure des

pics de signaux en ces deux isotopes toutes les secondes. Le nombre d’atomes en

40

Ar de

cette dose calibrée étant connue et équivalente à une certaine valeur du signal électrique,

nous pourrons donc déduire la teneur en Ar par gramme d’échantillon analysé. Une fois

la mesure effectuée et validée, la dose calibrée présente dans l’enceinte du spectromètre

est évacuée par cryopompage.

Les doigts de charbon piégeant l’Ar de l’échantillon purifié sont réchauffés et le gaz

est introduit dans le spectromètre de masse (fig. 2.2). Les mesures des isotopes 40 et 36 de

l’Ar se font dans les mêmes conditions que celles de la dose calibrée. Toutefois, une partie

de l’

40

Ar mesuré n’est souvent pas due à la désintégration du K mais à une contamination

de l’échantillon par de l’Ar d’origine atmosphérique. Une correction de cette «

conta-mination atmosphérique » doit être alors appliquée. Cet

40

Ar peut être retenu dans les

minéraux de la mésostase depuis leur formation, adsorbé à la surface des grains ou dans

les zones d’altération de l’échantillon, ou encore intégré à ce dernier lors de sa

prépara-tion (chauffe des matériaux utilisés). Une correcprépara-tion du signal de l’échantillon de cette

« contamination atmosphérique » est alors nécessaire. Cette correction est possible car

l’isotope stable

36

Ar est uniquement d’origine atmophérique. Le rapport atmosphérique

40

Ar /

36

Ar étant constant (Nier, 1952, i.e. 295,5), la mesure de ces deux isotopes sur un

aliquote d’air à pression équivalente à celle de l’échantillon, nous permet d’en déduire la

part en

40

Ar liée à la contamination atmosphérique, et donc celle en

40

Ar radiogénique

dans l’échantillon produite par la désintégration du

40

K. La mesure de cet aliquote d’air

se fait systématiquement après le passage de chaque échantillon.

A partir de toutes ces mesures, on obtient la quantité exacte en

40

Ar radiogénique

de l’échantillon, qu’on intègre dans l’équation de calcul d’âge (cf. équation 2.1) avec la

concentration en

40

K correspondante au même aliquote. La limite de détection de l’

40

Ar

pour ce système est de 0,1 % (Quidelleur et al., 2001).

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