Analyse des gaz rares par spectrométrie de masse statique - Théorie et instrumentation

La géochimie des gaz rares s'est, depuis les années 1950, considérablement développée avec les progrès de la spectrométrie de masse. Ils sont considérés aujourd'hui par la communauté des géosciences comme de puissants traceurs, grâce notamment à leur inertie chimique vis-à-vis du milieu dans lequel ils se trouvent. Leurs concentrations dans certains minéraux, par exemple, permettent actuellement de quantifier les vitesses d'exhumation et d'érosion de nos reliefs par des méthodes de thermochronologie ou encore d'apporter des outils de datation (méthodes K/Ar, Ar/Ar, U-Th-Sm/He, Isotopes cosmogéniques ³ He, ²¹ Ne et ³⁸ Ar) indispensables à l'archéologie, la volcanologie, la paléoclimatologie, la cosmochimie, etc. Des contraintes supplémentaires sur l'origine et l'évolution des gaz rares peuvent aussi être apportées à l'aide de leurs signatures isotopiques (e.g. ³ He/ ⁴ He ; ²⁰ Ne/ ²² Ne, ²¹ Ne/ ²² Ne ; ⁴⁰ Ar/ ³⁶ Ar, ³⁸ Ar/ ³⁶ Ar…). Celles-ci permettent par exemple de mettre en évidence la présence d'isotopes d'origine cosmogénique ( ³ He, ²¹ Ne, ³⁸ Ar, ^78-83 Kr, ^124-128 Xe), radiogénique ( ⁴ He, ⁴⁰ Ar, ¹²⁹ Xe), nucléogénique ( ²¹ Ne) ou encore fissiogénique (e.g. ^131-136 Xe). L'utilisation de rapports isotopiques permet de tracer l'origine des sources de gaz volcaniques (e.g. croûte terrestre, manteau supérieur ou inférieur) émanant à la surface de la Terre, ou encore de mettre en évidence des processus de fractionnement dépendant de la masse lors de processus physiques tels que la diffusion ou la condensation/évaporation.

L'ensemble de ces applications nécessite toutefois d'extraire sous ultravide les gaz rares dans une enceinte. Celle-ci est connectée à un spectromètre de masse par l'intermédiaire d'une seconde enceinte appelée ligne de purification. La méthode...