Système de multiplexage pour quantifier les facteurs de fractionnement de l’oxygène dans des chambres biologiques fermées

L’étude des rapports isotopiques de l’oxygène atmosphérique dans l’air fossilisé piégé dans les bulles des carottes de glace fournit des informations sur les variations du cycle hydrologique aux basses latitudes et sur la productivité dans le passé. Cependant, pour affiner ces interprétations, il est nécessaire de mieux quantifier le fractionnement de l’oxygène dans les processus biologiques tels que la photosynthèse et la respiration.

Nous avons mis en place un système de chambres biologiques fermées dans lesquelles nous avons étudié l’évolution de la composition élémentaire et isotopique de l’O₂ due aux processus biologiques. Pour reproduire facilement les expériences, nous avons développé un système de multiplexage que nous décrivons ici. Nous avons comparé les mesures de la composition élémentaire et isotopique de l’O₂ en utilisant deux techniques de mesure différentes : la spectrométrie optique (spectroscopie d’absorption améliorée par cavité à rétroaction optique, c’est-à-dire la technique OF-CEAS), qui permet une résolution temporelle plus élevée et une collecte de données en continu, et la spectrométrie de masse à rapport isotopique (IRMS) avec un système de récupération d’air à brides, validant ainsi l’analyse des données effectuée par la technique OF-CEAS. Dans une première application, nous avons étudié la discrimination isotopique au cours de la respiration et de la photosynthèse. Nous avons mené une expérience de 5 jours en utilisant le maïs (Zea mays L.) comme espèce modèle. La valeur de discrimination du ¹⁸O pour le maïs pendant la respiration de la plante à l’obscurité a été déterminée comme étant de -17,8 ± 0,9 ‰ par IRMS et de -16,1 ± 1,1 ‰ par spectromètre optique. Nous avons également trouvé une valeur attribuée à la discrimination isotopique de la photosynthèse terrestre égale à +3,2 ± 2,6 ‰ par IRMS et +6,7 ± 3,8 ‰ par spectrométrie optique. Ces résultats sont cohérents avec une étude précédente de Paul et al. (2023).

Figure : Schéma du système de multiplexage : l’atmosphère fermée de trois chambres du système biologique circule dans des systèmes d’échantillonnage automatisés à l’aide de boucles utilisant des tubes PFA de 1/4″ et des micropompes. Ensuite, l’air de ces boucles est sous-échantillonné à l’aide de tubes en PFA de 1/8 de pouce et de sélecteurs Valco et analysé avec un analyseur d’isotopes.

Auteurs: Clémence Paul, Clément Piel, Joana Sauze, Olivier Jossoud, Arnaud Dapoigny, Daniele Romanini, Frédéric Prié, Sébastien Devidal, Roxanne Jacob, Alexandru Milcu, and Amaëlle Landais

Instrum. Method. Data Syst., 14, 91–101, https://doi.org/10.5194/gi-14-91-2025, 2025