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Concept
Fractionnement isotopique
Résumé
Un fractionnement isotopique est une différence de comportement entre différents isotopes d'un même élément chimique lors d'un processus physique ou chimique donné, si bien que le ou les rapports isotopiques varient au cours du processus. C'est notamment le cas lors d'un changement d'état inabouti, d'une réaction chimique partielle ou d'un écoulement à travers un milieu poreux : le produit de la transformation partielle a une composition isotopique légèrement différente de celle du matériau de départ. La différence est plus notable pour les éléments légers (de faible masse atomique) que pour les éléments plus lourds. Quand on considère plus de deux isotopes, la variation des différentes propriétés quantitatives entre ces isotopes est pratiquement proportionnelle à leur différence de masse.
En pratique on désigne souvent par « fractionnement isotopique » (voire simplement « fractionnement ») le rapport de fractionnement (où r désigne un rapport isotopique) ou son écart à l'unité, (voir Notation Δ).
Le fractionnement isotopique qui accompagne un changement d'état ou une réaction chimique suit une loi différente selon qu'il se produit :
à proximité de l'équilibre. Le rapport de fractionnement α suit alors une loi connue, et dépend notamment de la température. On le met à profit en pétrologie (pour la détermination de la température à laquelle des roches se sont équilibrées) ;
loin de l'équilibre. C'est alors la vitesse de la transformation ou de réaction qui n'est pas la même pour les différents isotopes. Ce fractionnement cinétique est en général plus marqué que le fractionnement à l'équilibre. On le met à profit en paléoclimatologie (pour la détermination de paléotempératures) et en paléobiologie (pour la mise en évidence de l'action de processus biologiques dans des échantillons très anciens).
On observe également une différence de vitesse pour d'autres processus comme l'écoulement à travers un milieu poreux ou la diffusion chimique. Cet effet isotopique est notamment mis à profit pour l'enrichissement de l'uranium.
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