La concentration et la composition isotopique du dioxygène atmosphérique (O₂) sont étroitement liées au cycle du carbone, en raison des émissions de dioxyde de carbone (CO₂) d’origine anthropique et des processus biologiques tels que la photosynthèse et la respiration. La mesure du rapport isotopique de l’O₂, emprisonné dans les bulles des carottes de glace, apporte des informations sur les variations passées du cycle hydrologique aux basses latitudes ainsi que sur la productivité passée.
Actuellement, l’interprétation de ces variations pourrait être considérablement améliorée grâce à une meilleure connaissance (c’est-à-dire quantitative) du fractionnement isotopique de l’oxygène qui se produit lors des processus de photosynthèse et de respiration. Cela pourrait être réalisé, par exemple, au cours d’expériences menées dans des chambres biologiques fermées.
Pour estimer avec précision le coefficient de fractionnement isotopique, l’une des principales limitations est le besoin de mesures en ligne à haute fréquence de la composition isotopique de l’O₂, exprimée en δ18O de O₂ (δ18O(O₂)) et de la concentration en O₂. Pour répondre à cette problématique, nous avons développé un nouvel instrument basé sur la technique de spectroscopie d’absorption renforcée par retour optique dans une cavité (OF-CEAS), permettant des mesures continues et à haute résolution temporelle de la concentration en O₂ ainsi que de δ18O(O₂), simultanément. La déviation d’Allan minimale a été observée entre 10 et 20 minutes, tandis que la précision atteignait 0,002 % pour la concentration en O₂ et 0,06 ‰ pour δ18O(O₂), ce qui correspond au temps d’intégration optimal et à la précision analytique avant que la dérive instrumentale ne commence à dégrader les mesures.
La précision de l’instrument est en bon accord avec la spectrométrie de masse isotopique à double entrée (IRMS). Les valeurs mesurées étaient légèrement affectées par l’humidité, ce qui nous a conduit à mesurer δ18O(O₂) et la concentration en O₂ après séchage du gaz. Par ailleurs, une augmentation de 1 % de la concentration en O₂ augmentait δ18O(O₂) de 0,53 ‰. Afin de garantir la qualité des mesures de la concentration en O₂ et de δ18O(O₂), nous avons finalement proposé de mesurer l’étalon de calibration toutes les 20 minutes.
Auteurs: C. Piel, D. Romanini, M. Farradèche, J. Chaillot, C. Paul, N. Bienville, T. Lauwers, J. Sauze, K. Jaulin, F. Prié, and A. Landais
Article: Atmos. Meas. Tech., 17, 6647–6658, https://doi.org/10.5194/amt-17-6647-2024, 2024