Traquer les isotopes du silicium à l’échelle atomique

Structure de la pyrophyllite

L’élément silicium est présent dans la nature sous plusieurs formes isotopiques 30Si, 28Si, 29Si. La proportion de ces différents isotopes varie très légèrement, d’une roche à l’autre, ou entre l’eau d’une rivière et le sol que cette eau a traversé par exemple. Ces variations ne sont mesurables que depuis une dizaine d’années, grâce au développement des méthodes de spectrométrie de masse. Leur mesure pourrait permettre de répondre à de nombreuses questions géologiques, comme la formation de la planète Terre par agglomération de météorites, ou encore de mieux comprendre le cycle du dioxyde de carbone. Mais pour répondre à ces questions, les géologues ont besoin de comprendre dans le détail les mécanismes physico-chimiques créateurs de ces variations isotopiques.

Ces mécanismes d’enrichissement prennent leur racine dans des phénomènes quantiques à l’échelle de l’atome, et pour les comprendre, il faut avoir recours à des méthodes prenant en compte précisément les propriétés quantiques des noyaux et des électrons.

Dans un article paru dans Geochimica et Cosmochimica Acta, des chercheurs du GET et du Département de Sciences de la Terre de UCLA, à Los Angeles, ont étudié ces mécanismes d’enrichissement dans des minéraux communs à la surface de la Terre. Ils ont relié ces mécanismes à la nature des autres éléments chimiques présents dans le minéral, et à l’éloignement entre les différents atomes du matériau. Ces avancées permettront de mieux comprendre les messages que les isotopes nous délivrent sur les phénomènes géologiques profonds, en particulier la différenciation magmatique, responsable du volcanisme et de la formation des granites.

Contact : Merlin Méheut

Sources :

Méheut, M. & Schauble, E. A. 2014 Silicon isotope fractionation in silicate minerals: Insights from first-principles models of phyllosilicates, albite and pyrope. Geochimica et Cosmochimica Acta , 134, 137 - 154

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