Description
L’approche isotopique du plomb est une technique qui permet de faire le lien entre la présence de Plomb dans un échantillon et ses différentes sources possibles : origine naturelle et une ou des sources de pollution. Le Pb possède quatre isotopes plus ou moins présents naturellement : 204 Pb (1,4 %), 206 Pb (24,1 %), 207 Pb (22,1 %) et 208 Pb (52,4 %). Par définition, ces isotopes ont tous le même nombre de protons, mais un nombre de neutrons différent. Les isotopes 208 Pb, 207 Pb et 206 Pb sont radiogéniques, c’est-à-dire qu’ils sont issus de la décroissance radioactive d’un élément père, respectivement le 232 Th, l’235 U et l’238 U. Seul l’isotope 204 Pb est non radiogénique ; n’étant pas issu d’une décroissance radioactive, son abondance est donc restée constante au cours du temps depuis la formation de la Terre. L’approche isotopique repose sur l’analyse de la composition isotopique en plomb (Pb) d’un échantillon. Cette composition isotopique correspond au rapport de masse entre deux isotopes et elle est représentée sous la forme d’un rapport d’abondance :
- Les rapports 206 Pb/ 207 Pb (ou 207 Pb/ 206 Pb) et 208 Pb/ 206 Pb (ou 206 Pb/208 Pb) sont les plus souvent utilisés dans le domaine de l’environnement pour des raisons techniques d’analyses (l’ICP-MS, ne permet pas l’analyse de l’isotope 204),
- Les rapports isotopiques utilisés historiquement 206 Pb/204 Pb, 207 Pb/204 Pb et 208 Pb/204 Pb sont néanmoins nécessaires pour mieux distinguer les multiples sources de pollution, car ils permettent d’avoir la totalité des informations sur les concentrations originelles : ces rapports dépendent des concentrations d’origine en Pb, U et Th et de l’âge de la formation géologique émettrice.
La gamme de variation des compositions isotopiques des différentes sources géologiques est très importante, à tel point qu’elle masque totalement les éventuels fractionnements isotopiques liés aux processus physico-chimiques. Ainsi, le Pb dispersé dans l’environnement garde la composition isotopique du minéral dont il dérive. On parle de traçage de source si le lien entre le Pb présent dans l’échantillon et ses sources (naturelles ou pollutions) a pu être réalisé. Pour cela, il est nécessaire :
- Que les sources potentiellement responsables de la pollution aient été préalablement identifiées et analysées et qu’elles possèdent des compositions isotopiques en Pb distinctes entre elles,
- Que la contribution naturelle (fond géochimique) soit également analysée et que sa composition isotopique soit distincte de celles des sources potentielles de pollution.
Si ces conditions sont remplies, il est alors possible d’établir l’origine de la pollution en Pb et potentiellement d’en identifier les responsabilités. Si les différentes sources de pollution sont bien caractérisées d’un point de vue élémentaire (teneur ou concentration en Pb) et isotopique (rapport isotopique), il est également possible d’estimer, pour un échantillon, les proportions relatives des différentes sources de Pb. La proportion de mélange est obtenue en comparant les résultats d’analyses de l’échantillon, pour un ou plusieurs rapports isotopiques, avec l’hyperbole (teneur en abscisse) ou la droite (inverse de la teneur en abscisse) de mélange théorique.