La plateforme PARI | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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  La plateforme PARI

Plateau d’analyse haute résolution (PARI)

 

1. Objectif

 

L'objectif de la plateforme PARI est de doter l'IPGP d'un plateau analytique de pointe, constitué d'une chaîne cohérente d'instruments innovants, pour répondre aux questions géoscientifiques fondamentales. Nos chercheurs, enseignants-chercheurs et ingénieurs traitent des problèmes scientifiques allant de l'échelle du système solaire à l'échelle atomique en passant par celle du globe terrestre ; dans un intervalle de temps compris entre - 4,56 milliards d'années et aujourd'hui, nécessitant une nouvelle génération d'instruments, regroupés dans une plateforme disposant d'une disponibilité et d'une visibilité importantes.

 

2. Instruments

 

PARI se compose d'une suite logique d'instruments, qui constituent une chaîne d'analyse in situ à micro- et nano-échelle :

 

a) Préparation, microscopie et analyse qualitative

  • Microdissection et micro-usinage laser par échantillonnage sous atmosphère contrôlée et stérile, Zeiss AxioObserver Z1
  • Microscope électronique à balayage à émission de champ avec source de gallium FIB, Zeiss AURIGA 40
  • Microscope électronique à balayage Zeiss EVO MA10
  • Microscope magnétique avec capteurs SQUID
  • Microscope ThermoScientific Nicolet iN10 MX pour la micro-imagerie ultra-rapide IR de grands échantillons

 

b) Caractérisation élémentaire

  • Spectromètre de masse ThermoScientific Element II
  • Spectromètre de masse quadripolaire Agilent 7900
  • Système Photon Machine Analyte Excite Laser-Ablation
  • Fractionnement fluide Eclipse A4F

 

c) Analyse isotopique fine

  • Spectromètre à haute résolution pour sources de gaz MAT253-ULTRA
  • Spectromètre à haute résolution pour gaz rares Hélix ThermoScientific SFT
  • Spectromètre de masse magnétique ThermoScientific NeptunePlus multi-collecteurs de type ICPMS
  • Système Photon Machine Analyte Excite Laser-Ablation

 

d) Chromatographie

  • Dionex DX 220
Dionex ICS 5000+
  • ThermoScientifc iCAP 6200
  • Dionex ICS 1100
  • Dionex DX 120

 

Zeiss EVO MA 10 SEM

 

Zeiss AxioObserver Z1 UV microdissector

 

Zeiss Auriga 40 FIB FE-SEM

 

ThermoScientific NeptunePlus MC-ICPMS

 

ThermoScientific MAT 251 ULTRA

 

ThermoScientific iN10 MX microscope

 

ThermoScientific Helix SFT

 

ThermoScientific Element II HR-ICPMS

 

Agilent 7900 ICPMS

 

PhotonMachine Analyte laser ablation

 

Magnetic microscope with SQUID sensors

 

 

 

3. Projets scientifiques

 

La plateforme a été conçue pour répondre aux problématiques suivantes :

 

  • Chronologie du système solaire
  • Eléments constitutifs et accrétion des planètes
  • Différenciation primitive du noyau et du manteau
  • Magnétisme extraterrestre
  • Magnétisme de la Terre primitive
  • Formation de la Lune
  • Premiers atmosphères et océans
  • Commencement de la vie
  • Magnétisme environnemental et paléomagnétisme
  • Volcanisme : de la surveillance à la quantification de transfert de magma
  • Formation, composition et évolution de la lithosphère océanique
  • Hydrothermalisme, serpentinisation et flux biogéochimiques associés
  • Évolution du pH de l'océan à travers les âges géologiques
  • Température absolue de formation des géomolécules
  • Géophysiologie planétaire
  • Impact sur l'environnement et spéciation moléculaire des métaux

 

4. Recherches scientifiques

 

Voici quelques recherches scientifiques issues de l'activité récente de la plateforme :

 

  • Composition isotopique en gaz rares du manteau profond et contraintes sur l'origine des gaz rares légers sur Terre à partir d'analyses bulle-à-bulle sur des basaltes islandais réalisées par ablation laser (Colin et al. 2015).
  • La Lune et la Terre ayant une composition isotopique en fer similaire, la Lune n'a par conséquent pas perdu de grande quantité de fer par évaporation comme on a pu le supposer auparavant ; ce qui fournit des contraintes importantes sur la température suite à l'impact géant (Sossi et al. 2017).
  • La dissolution du magnésium dans le fer fondu dans des conditions de pression et température extrêmes a été mise en évidence expérimentalement pour la première fois, fournissant un mode opératoire pétrologique permettant de piloter une géodynamo pérenne par flottabilité chimique très tôt dans l'histoire de la Terre (Badro et al. 2016).
  • Les filaments bactériens minéralisés individuels impliqués dans l'édification des cheminées hydrothermales en Nouvelle-Calédonie ont été isolés et identifiés ; ils appartiennent aux Firmicutes et Acetothermia phyla et descendent d'organismes qui ont pu occuper une branche précoce de l'Arbre de Vie (Pisapia et al. 2017).
  • Preuves de sources de carbone encore non prises en compte, facilement exploitables par des organismes vivants en profondeur dans des roches dérivées du manteau par migration d'huiles hydrothermales (Pasini et al., 2013).
  • Etude du comportement et de l'évolution des éléments majeurs et oligo-éléments au sein des solides et des solutions dans la zone de fusion Encontro das Aguas située dans le bassin amazonien (Guinoiseau et al. 2016).
  • L'abondance isotopique du lithium dans le fleuve Amazone et ses principaux affluents montre que les variations isotopiques dans le bassin sont simplement liées à l'intensité de l'altération chimique (Dellinger 2015).
  • La composition chimique des sédiments transportés par le fleuve Mackenzie jusqu'à l'océan montre qu'un important flux de carbone biosphérique est transporté sous forme de particules dans l'océan Arctique (Hilton et al. 2015).
  • La Lune est fortement appauvrie en éléments volatils provenant de la mesure isotopique du zinc (Neptune plus) de la roche lunaire la plus riche et la plus volatile : Apollo 15 Rusty Rock (Day et al. 2017)
  • Des mesures isotopiques de haute précision du rubidium sont développées et appliquées pour étudier la composition d'une large gamme de matériaux du système solaire, y compris des échantillons lunaires, des eucrites et des chondrites carbonées chauffées. Ils montrent que l'appauvrissement volatil dans les chondrites est contrôlé par des séparations de phases et des mélanges entre réservoirs et non par volatilisation et que les astéroïdes différenciés tels que Vesta sont appauvris par évaporation du corps parent (Pringle et al. 2017).
  • Des échantillons du premier essai nucléaire à Trinity (Nevada Test Site, USA) ont été utilisés pour évaluer le facteur de fractionnement isotopique du zinc lors d'un grand impact énergétique (Day et al. 2017).
  • Les expériences de cloisonnement effectuées à des pressions et températures extrêmes montrent que le soufre n'est qu'un composant mineur du noyau terrestre ; avec d'autres substances volatiles, il a probablement été constitué dans les derniers instants de l'accrétion de gros impacteurs (Suer et al. 2017).
  • La composition isotopique en lithium des sédiments fluviaux modernes des plus grandes rivières, une fois corrigée de la composition du substratum rocheux, est inversement corrélée au rapport W/D de la dénudation chimique sur le flux de dénudation totale (chimique + physique) et peut servir d'approximation pour la reconstruction paléochimique de la surface de la Terre (Dellinger et al. 2017).
  • Origine de la composante atmosphérique omniprésente des gaz rares dans les basaltes océaniques (Roubinet et Moreira 2017)
  • La composition isotopique en lithium des sédiments fluviaux modernes des plus grandes rivières, une fois corrigée de la composition du substratum rocheux, est inversement corrélée au rapport W/D de la dénudation chimique sur le flux de dénudation totale (chimique + physique) et peut servir d'approximation pour la reconstruction paléochimique de la surface de la Terre (Dellinger et al. 2017).
  • La composition isotopique en néodynium dans les carottes sédimentaires autour de la Nouvelle Zélande révèle clairement un double contrôle de l'érosion physique et de l'altération chimique par la tectonique et le climat (Cogez et al. 2015).
  • La nature des éléments constitutifs de la Terre est contrainte par l'état redox de l'océan magmatique primitif, la Terre s'agrégeant dans les mêmes conditions relativement oxydantes que celles dans lesquelles les types de météorites les plus communs se sont formés (Siebert et al. 2013).
  • Les isotopes d'hélium dans les fluides provenant des champs hydrothermaux de la Caldera de Santorin, présentant des contraintes fondamentales sur sa plomberie volcanique (Moreira et al. 2017).
  • Pour la première fois, les rapports isotopiques de l'osmium ont été mesurés au niveau pg, grâce à une plateforme de comptage d'ions installée sur le Neptune Plus (Birck et al. 2016).
  • La composition isotopique en bore de carbonates inorganiques précipités dans des conditions expérimentales bien maitrisées montre qu'elle est d'abord fonction de la nature cristallographique du carbonate (Noireaux et al. 2015).
  • Développement d'une méthodologie ICPMS à simple particule fiable pour assurer la mesure de nanoparticules de dioxide de titanium relativement petites en présence de concentrations élevées de calcium, comme c'est souvent le cas pour les eaux naturelles (Tharaud et al. 2017).
  • Mesure du premier fractionnement isotopique indépendant de la masse du sélénium, avec des anomalies non nulles ∆77Se reflétant un effet magnétique se produisant pendant la réduction abiotique des sélénites (Bouyon et al. 2017).
  • L'IPGP est fier d'annoncer ses premières données par ablation laser MC-ICP-MS pour les isotopes de magnésium dans les roches silicatées ! Grâce à une méthode de correction de biais matricielle appliquée sur des verres synthétiques et validée par des mesures en solution (Chaussidon et al. 2017).
  • Les expériences montrent que les quantités de potassium et d'uranium sont insuffisantes pour alimenter une géodynamo précoce dans le noyau, réduire sensiblement la température initiale de ce dernier ou modifier de façon significative son évolution thermique et l'âge du noyau interne (Blanchard et al. 2017).
  • La mesure des rapports isotopiques du brome par MC-ICP-MS nécessite 100 fois moins de brome que les techniques IRMS précédentes, élargissant ainsi le champ de recherche sur les isotopes halogènes (Louvat et al. 2016).
  • La combinaison des contraintes géochimiques et géophysiques sur la formation et la composition du noyau révèle un noyau terrestre appauvri en silicium et en éléments volatils et riche en oxygène (Badro et al. 2015).