GEOCHIMIE ISOTOPIQUE

GEOCHIMIE ISOTOPIQUE
Un cours avancé "ouvert" du département des Sciences de la Terre et
de l'Atmosphère de l'UQAM offert en collaboration avec le GEOTOP
(SCT8255)
12, 13, 14, 15 et 16 janvier 2009 (module 1)
2, 3, 4, 5 et 6 février 2009 (module 2)
23, 24, 25, 26 et 27 février 2009 (module 3)
Le cycle de l'eau vu par l'AIEA
Les isotopes constituent le "code génétique" des molécules.
Ils peuvent donner accès à leur âge, à leur origine et à leur cycle naturel...
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SCT-8255 - GEOCHIMIE ISOTOPIQUE
SCT-8255 GÉOCHIMIE ISOTOPIQUE (3 crédits)
Ce cours est centré sur la compréhension des règles gouvernant la chimie des isotopes légers et,
de façon plus spécifique, sur les applications de la chimie des isotopes à l'étude des cycles de
l'eau, des processus biogéochimiques, des changements du climat et de l'océan, et des systèmes
environnementaux, en général. Le cours est ouvert aux étudiants avancés en sciences de la Terre,
géographie physique, sciences biologiques, chimie, etc. Il est subdivisé en trois modules,
dispensés de façon intensive, chacun couvrant une semaine. Les deux premiers modules sont
surtout méthodologiques; le dernier, plus intégrateur, aborde les applications de la chimie des
isotopes en dynamique externe du globe.
Les étudiants qui le souhaitent peuvent opter pour un seul module, voire deux, mais devront, à ce
moment-là, s'inscrire au premier ou aux deux cours avancés suivants de 1 crédit chacun.
SCT-7201 Méthodes analytiques en sciences de la Terre I (1 cr.)
SCT-7202 Méthodes analytiques en sciences de la Terre II (1 cr.)
Les étudiants de premier cycle sont admissibles, sous réserve, au cours SCT-8255, et, sans
restriction, aux cours SCT-7201 et 7202.
Claude Hillaire-Marcel
Professeur au département des Sciences de la Terre et de l'Atmosphère
& Jean-Francois Hélie, Bassam Ghaleb, André Poirier, Eric Rosa, GEOTOP
Renseignements: 514 987 3000 poste 3376 ou [email protected]
Définition du cours
Ce cours traite de la géochimie des traceurs et chronomètres isotopiques et de leurs applications
en géodynamique externe et en environnement. Rappels sur le fractionnement des isotopes légers,
sur la décroissance radioactive, la production et le cycle des isotopes cosmogéniques, les
déséquilibres U-Th, les radio-isotopes à courte période et ceux d'origine anthropique. Notion de
clôture des systèmes radioactifs; systèmes isochrones et systèmes ouverts. Exemples d'utilisation
des traceurs isotopiques en pédologie, sédimentologie, hydrologie, hydrogéologie, limnologie,
océanographie, volcanologie, etc. Traceurs isotopiques du cycle des eaux naturelles et polluants;
paléoclimatologie isotopique; géochimie de la zone non saturée des sols, des eaux souterraines et
des systèmes hydrothermaux; traceurs des circulations et flux océaniques ou atmosphériques; les
échanges de l'interface eau-sédiment. On traitera les applications géochronologiques aux
échelles de temps de la saison, au million d'années. Le cours inclut des travaux de laboratoire
(techniques d'analyse; spectrométries de masse et d'émission) et des travaux dirigés.
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SCT-8255 - GEOCHIMIE ISOTOPIQUE
Module 1: Les isotopes légers et leur fractionnement (Semaine du 12 au 16 janvier)
Ce module traite des processus thermodynamiques rendant compte du fractionnement des
isotopes légers dans les cycles géochimiques, biogéochimiques, en physiologie animale et
végétale. En laboratoire, les étudiants qui se spécialiseraient dans le domaine ou dans un
domaine connexe pourront acquérir une formation opérationnelle (hands-on) en spectrométrie
de masse à source gazeuse et traiter un dossier analytique particulier, adapté à leur cursus, qui
fera l'objet d'un rapport interprétatif.
Lundi, mardi, jeudi & vendredi:
9:00 - 10:00h - Cours
10:00 - 12:00h - Travaux dirigés
13:00 - 14:00h - Cours
14:00 - 16:00h - Travaux dirigés
Mercredi: 9:00-16h - Introduction aux techniques de laboratoire
(en cas de conflit d'horaire, une séance supplémentaire sera offerte)
Module 2: Traceurs & chronomètres isotopiques (Semaine du 2 au 6 février)
Ce module traite d'isotopes radioactifs utilisés aux fins de détermination des flux, temps de
séjour et cycle d'éléments importants en matière de traçage des changements à l'échelle du
globe et de géochimie et biogéochimie environnementales. L'accent est mis sur les actinides,
les isotopes à courte période et isotopes cosmogéniques, ainsi que certains isotopes
radiogéniques traceurs de l'érosion et des sources et circulations atmosphérique ou océanique.
Ici encore, les étudiants qui se spécialiseraient dans le domaine ou dans un domaine connexe
pourront acquérir une formation opérationnelle (hands-on) en spectrométrie de masse à source
thermique ou plasma, ou en spectrométrie d'émission et traiter un dossier analytique
particulier, adapté à leur cursus, qui fera l'objet d'un rapport interprétatif.
Lundi, mardi, jeudi & vendredi:
9:00 - 10:00h - Cours
10:00 - 12:00h - Travaux dirigés
13:00 - 14:00h - Cours
14:00 - 16:00h - Travaux dirigés
Mercredi: 9:00-16h - Introduction aux techniques de laboratoire
(en cas de conflit d'horaire, une séance supplémentaire sera offerte)
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SCT-8255 - GEOCHIMIE ISOTOPIQUE
Module 3: Application de la chimie des isotopes dans les sciences du globe et de la vie
(Semaine du 23 au 27 février)
Ce module est ouvert, mais le passage préalable par les modules 1 & 2 reste souhaitable. On
traitera des applications des traceurs et chronomètres isotopiques en hydrologie,
océanographie-paléocéanographie, paléoclimatologie, physiologie végétale, animale et
humaine, en biogéochimie. Une attention particulière sera portée au cycle de l'eau et à celui du
carbone, à leur relation avec les changements du climat, naturels ou anthropogéniques. Les
étudiants qui n'auraient pas choisi l'option d'une formation poussée en laboratoire, avec remise
d'un rapport interprétatif, pourront traiter d'une application particulière d'intérêt pour leurs
propres travaux. Le rapport prendra la forme d'un court rapport sur des bases bibliographiques.
Lundi:
9:00 - 12:00h - Les isotopes dans le cycle de l'eau
13:00 - 15:00h - Atelier sur les applications en hydrologie
Mardi:
9:00 - 12:00h - Les isotopes dans le cycle du carbone
13:00 - 15:00h - Atelier sur les applications en biogéochimie environnementale
Mercredi: 9:00 -12h - Atelier sur les approches méthodologiques (échantillonnages)
(en cas de conflit d'horaire, une séance supplémentaire sera offerte)
Jeudi:
9:00 - 12:00h - Traceurs et chronomètres isotopiques en océanographie
13:00 - 15:00h - Atelier sur les applications en océanographie
Vendredi: 9:00 - 12:00h - Paléoclimatologie isotopique
13:00 - 15:00h - Atelier sur les applications en géologie du Quaternaire
Évaluation
Chaque bloc de cours sera sanctionné par un examen de type "take away" (essentiellement des
exercices d'application), la présentation d’un travail dirigé (sur un sujet analytique ou une
application particulière).
SCT-8255 (3 crédits)
- Examens écrits (take away):
20% par module
- Travail dirigé (rapport): 40%
SCT- 7201 ou 7202 (1 crédit chacun)
- Examen écrit: 60%
- Travail dirigé : 40%
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SCT-8255 - GEOCHIMIE ISOTOPIQUE
Personnes ressources
C. Hillaire-Marcel ([email protected])
Jean-François Hélie ([email protected])
Bassam Ghaleb ([email protected])
André Poirier ([email protected])
Eric Rosa <[email protected]>
Volumes de référence
Principles of stable isotope geochemistry, 2007, Sharp, Z., Prentice Hall, NY.
Handbook of stable isotope analytical techniques, 2004, de Groot, P.A. ed., Elsevier,
Amsterdam.
Principles of Isotope Geology, 2005, G. Faure and T.M. Mensing, Wiley & Sons, NY.
Uranium series geochemistry, 2003, Bourdon, B. et al. (eds.), Reviews in Mineralogy and
Geochemistry 52.
Radiogenic Isotope Geology, 1995, Dickin, A.P., Cambridge University Press
Isotopes in the water cycle, 2005, Aggarwal et al., eds., Springer, Dortrecht, NL.
Isotopic Tracers in Catchement Hydrology, 1999, C. Kendall.
Environmental Isotopes in Hydrogeology, 1997, P. Fritz & I. Clark, Lewis publ., New-York.
Proxies in Late Cenozoic Paleoceanography, 2007, C. Hillaire-Marcel & A. de Vernal (ed.),
Elsevier, Amsterdam.
Isotopes in paleoenvironmental research, 2006, Leng, M. ed., Springer, Dortrecht, NL.
Des notes de de cours et notes complémentaires seront distribuées en séance.
Voir également:
http://www.geo.cornell.edu/geology/classes/Geo656/656notes03.html (cours Cornell)
http://ie.lbl.gov/education/isotopes.htm (Table des isotopes)
http://www.iaea.org/programmes/ripc/ih/publications/publications.htm (volume de l'Agence de
Vienne)
http://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/isopubs/itchinfo.html (Catchment hydrology)
http://www.science.uottawa.ca/eih/ (Volume Clark & Fritz)
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