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Mesurer la composition isotopique de l'oxygène d'un fossile

Dossier - L'oxygène, mémoire de la vie des dinosaures
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Les dinosaures n'étaient pas des reptiles à sang froid. Ils n'étaient pas non plus exclusivement terrestres. Enfin, certains d'entre eux vivaient sous des climats particulièrement froids et ont très probablement admiré leur territoire couvert de neige en hiver. C'est ce que nous apprend la géochimie isotopique car l'oxygène est, en quelque sorte, la mémoire de la vie des dinosaures…

  
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Découvrez ici quelles sont les étapes pour mesurer la composition isotopique de l'oxygène d'un fossile.

La bioapatite, de formule structurale Ca10[(PO4)6-x(CO3)x](OH2), contient de l'oxygène sur trois sites. L'oxygène de deux de ces sites est communément analysé :

  • celui contenu dans le groupement phosphate (PO4) ;
  • celui contenu dans le groupement carbonate (CO3).

Une première étape consiste à isoler chacun de ces deux groupes à l'aide de procédures chimiques adéquates.

Comment faire pour mesurer la composition isotopique de l'oxygène d'un fossile de dinosaure ? © Mr. Evil Cheese Scientist, CC by-nc 2.0

Comment faire pour mesurer la composition isotopique de l'oxygène d'un fossile de dinosaure ? © Mr. Evil Cheese Scientist, CC by-nc 2.0

Comment mesurer la composition isotopique de l'oxygène d'un fossile ?

Concernant l'oxygène du groupement phosphate, l'apatite est réduite en poudre puis attaquée à l'acide fluorhydrique afin de mettre en solution les ions phosphate (PO43-), qui sont ensuite isolés par passage sur une résine échangeuse d'ions et enfin précipités sous forme de petits cristaux de phosphate d'argent (Ag3PO4).

L'oxygène présent dans le groupe phosphate de l'apatite est converti en CO2 par pyrolyse dans une enceinte sous vide. © Romain Amiot, DR

L'oxygène présent dans le groupe phosphate de l'apatite est converti en CO2 par pyrolyse dans une enceinte sous vide. © Romain Amiot, DR

Ces cristaux sont enfin pyrolysés (c'est-à-dire décomposés) à des températures variant entre 1.100 et 1.450 °C en présence de graphite pur (C) afin de créer du monoxyde (CO) ou du dioxyde (CO2) de carbone dont les abondances isotopiques sont directement mesurées par un spectromètre de masse à phase gazeuse.

Les groupements carbonate (CO3) sont quant à eux directement convertis en CO2 par attaque de l'apatite à l'acide phosphorique, puis ce CO2 est introduit dans le spectromètre de masse pour être analysé.