Les trois isotopes stables, 36Ar, 38Ar et 40Ar, sont considérés dans la discussion sur les gaz nobles. Parmi les sept isotopes radioactifs de l’argon, 37Ar, et 39Ar sont également utilisés dans les études hydrologiques et discutés ci-dessous. L’utilisation du rapport 40Ar/36Ar dans les applications hydrologiques est également discutée.

• Coût de l’analyse
• Origine
• Techniques de mesure
• Applications hydrologiques
• Références et lectures complémentaires. lecture
• Ressources Internet

Coût de l’analyse (retour au début)

Aucun laboratoire ne réalise actuellement d’analyse des isotopes de l’argon pour le public.

Voir le laboratoire de chlorofluorocarbone de l’USGS Reston pour plus d’informations)

Origin (return to top)

Cosmogène
39Ar est produit dans l’atmosphère par bombardement neutronique :

Cependant, dans les eaux souterraines, le 39Ar peut être produit in situ par les réactions suivantes :

Le 39Ar (t½ = 269 ans) subit une désintégration bêta qui le ramène à 39K.

Lithogène
37Ar (t½ = 35 jours) est constamment produit sous terre à partir des réactions 40Ca(n,a)37Ar dans la matrice rocheuse.

Techniques de mesure (retour en haut de page)

Comptage proportionnel au gaz
L’analyse de l’argon est purement basée sur la recherche à l’heure actuelle en raison de la très faible concentration d’argon dans l’eau. L’argon représente moins d’un pour cent du total des gaz présents dans l’atmosphère. L’équilibre avec l’atmosphère produit donc des concentrations infimes d’argon dissous dans l’eau. La taille des échantillons d’eau varie de 2 litres (si un dégazage sous vide est utilisé) à 15 mètres cubes (si l’échantillon doit être bouilli) (Clark & Fritz 1997). Les échantillons sont analysés par comptage proportionnel au gaz à haute pression. Comme l’activité du 39Ar est très faible (environ 2 comptes par heure), environ 1 mois est nécessaire pour l’analyse (Cook et Herczeg 2000).

(Voir la page sur le comptage de la désintégration pour plus d’informations sur le procédé GPC).

Applications hydrologiques (retour en haut de page)
37Ar
En raison de la courte demi-vie du 37Ar, presque aucune eau souterraine ne présente de formes de cet isotope produites de manière cosmogénique. Cependant, la production souterraine est courante. En mesurant la quantité de 37Ar présente, les hydrogéologues peuvent déterminer le taux de production souterraine (qui à son tour peut aider à déterminer le flux de neutrons) et également l’efficacité du transfert des minéraux vers l’eau (Cook et Herczeg 2000). Ces deux valeurs sont utiles pour contraindre l’utilisation d’autres isotopes lithogéniques dans les applications hydrologiques.

Le 39Ar dans la datation des eaux souterraines
La datation au 39Ar a été principalement utilisée dans la datation des eaux souterraines en conjonction avec d’autres isotopes. Sa demi-vie de 269 ans permet de comparer les âges avec l’extrémité supérieure de la gamme du tritium, et l’extrémité inférieure de la gamme du 14C. Le 39Ar est utile pour la datation des eaux souterraines submodernes (~40 à ~1000 ans B.P.) car il comble ce fossé d’incertitude entre les isotopes les plus largement appliqués dans la datation des eaux souterraines (3H et14C).

Avantages et inconvénients de l’utilisation du 39Ar pour dater l’eau
Il existe de nombreux avantages et inconvénients à utiliser le 39Ar pour dater l’eau. Du côté positif, l’argon est un gaz noble et donc inerte. Il n’y a pas de complications de réactions secondaires et son comportement conservateur en fait un excellent traceur hydrologique. Deuxièmement, la production de 39Ar n’a pas augmenté à la suite des essais de bombes thermonucléaires. Son activité est restée presque constante pendant au moins les 1000 dernières années.

Cependant, dans les zones d’eaux souterraines où l’uranium et le thorium sont présents, la production in situ de 39Ar peut être substantielle. Comme les concentrations de 39Ar sont très faibles dans les eaux souterraines, la production in situ peut produire des concentrations de 39Ar qui noient les concentrations atmosphériques dans l’eau. D’autres inconvénients proviennent des techniques d’échantillonnage et d’analyse du 39Ar, principalement la taille de l’échantillon et le temps de mesure.

Autres applications du 39Ar
Le 39Ar peut être utilisé pour dater les masses d’eau dans l’océan. L’application ici est très similaire à la datation des eaux souterraines, sauf que la production in situ de 39Ar est négligeable. Le 39Ar est également utilisé dans le carottage de la glace.

Ratio 40Ar/36Ar dans la datation des eaux souterraines
Le ratio 40Ar/36Ar a également été utilisé pour faciliter la datation des eaux souterraines. Ce rapport a une valeur constante dans l’atmosphère de 295,5. La plupart des aquifères contiennent des minéraux contenant du potassium. Le 40K (dont la demi-vie est de 125 x 109 ans) se désintègre en 40Ar et donc, avec le temps, ce rapport devient plus important. Si le taux de production de 40Ar est connu, ce rapport peut être utilisé pour dater des eaux souterraines très anciennes. Cependant, ce rapport peut être considérablement compromis et élevé par le transport de 40Ar radiogénique depuis les strates rocheuses voisines en dehors d’un aquifère. Une évaluation plus quantitative des rapports 40Ar/36Ar pour l’analyse des temps de résidence de l’eau nécessitera une meilleure compréhension des processus d’altération des roches et du rôle de l’inclusion des fluides (Rauber et al. 1991).

Références et lectures complémentaires (retour au début)

• Andrews, J.N., et al, The in situ production of radioisotopes in rock matrices with particular reference to the Stripa granite, Geochimica et Cosmochimica Acta, 53, 1803-1815, 1989.
• Clark, I., et P. Fritz, Environmental Isotopes in Hydrogeology, Lewis Publishers, Boca Raton, 1997.
• Cook. P.G., et A.L. Herczeg, éditeurs, Environmental Tracers in Subsurface Hydrology, Kluwer Academic Publishers, Boston, 2000.
• Lehmann, B.E. et al, Atmospheric and subsurface sources of stable and radioactive nuclides used for groundwater dating, Water Resour. Res. 29(7), 2027-2040, 1993.
• Loosli, H.H., Une méthode de datation avec 39Ar, Earth and Planetary Science Letters, 63, 51-62, 1983.
• Loosli, H.H., et H. Oeschger, Argon-39, carbon-14 and krypton-85 measurements in groundwater samples, in Isotope Hydrology 1978, vol. 2, 931-997, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1979.
• Pearson, F.J., Applied Isotope Hydrogeology : Une étude de cas dans le nord de la Suisse, Elsevier, New York, 1991.
• Rauber, D., H. H. Loosli, et B.E. Lehmann, rapports 40Ar/36Ar, dans le chapitre 6 de Applied Isotope Hydrogeology : A Case Study in Northern Switzerland, Elsevier, Amsterdam, 1991.
• Scholtis, A., et al, Integration of environmental isotopes, hydrochemical and mineralogical data to characterize groundwaters from a potential repository site in central Switzerland, in Isotopes in Water Resource Management, pp. 263-280, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1996.