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Chimie Thème 1 : L’eau - Eau et environnement Problèmes

Spécialité Les traceurs isotopiques Chap.1

Un traceur est une espèce chimique dont la concentration est mesurable et qui permet de suivre un

déplacement de matière, notamment dans l’environnement. Par exemple, l’oxygène 18 (18

O) et le carbone 14

(14

C) sont des traceurs isotopiques. Ces deux isotopes sont étudiés dans les deux activités ci-dessous

I. Un thermomètre isotopique

Comment l’analyse d’un échantillon de glace polaire permet-elle aux paléoclimatologues de reconstituer les climats

du passé ?

1) Qu’est-ce qu’un paléoclimatologue ?

2) Lors de l’analyse d’échantillons d’eau de pluie, la valeur de 18

Oest toujours

négative si l’eau de référence est l’eau de mer. Expliquer ce résultat.

3) Proposer une hypothèse sur la volatilité relative des molécules H216

O et H218

O

pour expliquer le fractionnement isotopique observé au cours de

l’évaporation.

Etude graphique (à l’aide de Regressi) :

4) Tracer la courbe représentant les variations de 18

O des précipitations en

fonction de la température.

Modéliser la courbe et déterminer l’équation de la courbe modélisée.

5) Le rapport isotopique 18

O/16

O mesuré dans une carotte de glace a-t-il la même

valeur que lorsque la glace s’est solidifiée ? Pourquoi ?

6) Pour un échantillon de glace polaire daté de 100000 ans, on trouve 18

O= - 43,3 ‰. Déterminer la température au pôle il y a 100 000 ans.

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II. Un traceur d’eaux souterraines

Les eaux souterraines contiennent des espèces dissoutes. La détermination de

la quantité de certains de ces solutés peut fournir des renseignements sur

l’âge des eaux souterraines, c’est- à-dire sur leur temps de transfert souterrain

depuis leur point d’infiltration jusqu’à l’aquifère dans lesquelles elles sont

contenues.

Les techniques de datation basées sur la décroissance radioactive du carbone

14 ne peuvent être utilisées pour des eaux dont le temps de résidence excède

35000 ans.

En revanche, le chlore 36 (36

Cl), avec une demi-vie de 3,01 105 ans, est un

traceur intéressant pour l’estimation de l’âge des eaux des grands bassins

sédimentaires et des carottes glaciaires. Le chlore 36 est un traceur

historique, dont la forte concentration est liée à l’utilisation des bombes

thermonucléaires dans les années 1963-1964.

Lessivé par les précipitations, il retourne à la pédosphère. Dans les eaux de sur- face, il est ainsi renouvelé et sa

concentration dans ces eaux peut être supposée constante. Ce n’est pas le cas lorsqu’il pénètre dans la lithosphère après

infiltration des eaux souterraines.

Le temps de résidence de ces eaux peut alors être estimé à partir de la décroissance radioactive de ce radioélément.

Problème : Estimer l’âge des eaux souterraines non renouvelées d’un aquifère ne contenant plus que 38% du nombre

de noyaux de chlore 36 trouvés dans les eaux de surface

Un peu de maths : Les fonctions logarithme népérien (y = ln x) et la fonction

exponentielle (y = ex) sont des fonctions réciproques ; ainsi, ln(e

x) = x