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Composition isotopique de l’hélium Arctique, contribution au développement d'un nouveau traceur atmosphérique

Acronyme
AHIC

Référence
1071

Domaine de recherche
Astronomie et astrophysique

Région
Arctique

Svalbard

Responsable du projet
Jean DUPRAT

Laboratoires
Centre de Spectrométrie Nucléaire et Spectrométrie de Masse - CSNSM (CNRS, Université de Paris XI)

Date
Archives : Programmes terrestres

Résumé

Ce projet propose la mesure des fines variations de la composition isotopique de l'hélium de l’atmosphère des hautes latitudes de l’hémisphère nord afin de contribuer au développement d’un nouveau traceur géochimique de l'atmosphère.
Ce gaz inerte n'est pas retenu dans l'atmosphère du fait de sa masse très légère et la composition isotopique d’He dans l'air résulte des pertes et gains du réservoir atmosphérique. A l'échelle humaine, les pertes (échappement dans l'espace) sont considérées comme négligeables, mais les gains sont vraisemblablement dominés par le dégazage de la croûte continentale lors de l'exploitation du carbone fossile (charbon, hydrocarbures). La composition isotopique de l'hélium atmosphérique pourrait avoir varié de quelques parties pour mille depuis le début de l'époque industrielle.
La composition isotopique de l'hélium peut également varier localement du fait du dégazage des zones tectoniques actives (volcanisme notamment) ou de celui de matériaux riches en tritium produits par l'industrie nucléaire. Les variations attendues du rapport isotopique de l'hélium atmosphérique sont de l'ordre du dixième de %.
Ce projet fait partie d’un plus vaste ensemble de mesure de la composition isotopique de l'hélium atmosphérique sur l’ensemble du globe. L’ensemble de ce programme est dirigé par Pr. B. Marty (CRPG-Nancy). L’un des buts premiers de ce programme est de mesurer l’évolution du rapport 3He/4He selon la latitude. Dans le cadre du projet global, des prélèvements ont été effectués au Népal (jusqu'au camp de base de l'Everest, au Japon (du niveau de la mer jusqu'au sommet d'un mont de 3200 m), à Vulcano et à l'Etna (pour explorer l'influence du dégazage volcanique sur la composition de l'air), en Equateur, au Pérou au Chili jusqu'à Punta Arenas, Terre de Feu (0°-53°S), de la Tasmanie à l'Antarctique 41°S-75°S) grâce au soutien de l'IPEV, en quelques points dans le continent nord-americain (Houston, Nevada, Toronto), en un point de référence (Pointe du Raz, Finistère).
La partie spécifique du programme proposée ici vise à étudier le profil de la composition isotopique de l’Hélium aux hautes latitudes Nord.

Campagne 2011

Année 1/2

Nous sollicitons le soutien de l’IPEV pour réaliser la collecte d’un profil d’échantillons atmosphériques entre Tromsø (69°39′ N) et Ny-Ålesund (78° 55′ N).
Ce profil sera comparé aux données recueillies aux hautes latitudes Sud lors de la campagne Antarctique 2009-2010 durant le voyage de Hobart (43°S) à Dome C (75°S).
NB : Les points complémentaires correspondant aux latitudes comprises entre 43°N et 69°N font d’ores et déjà l’objet de prélèvements dans le cadre générale du programme ANR.
Notre demande s’élève à 3600 euros incluant la mission (2100 euros) de J. Duprat (responsable de la proposition) et le trajet de cargo (1500 euros) de B. Marty (spécialiste des mesures de gazes rares et PI du programme ANR correspondant). En cas de fortes contraintes budgétaires, cette demande peut être réduite à 2100 euros (la mission de J. Duprat). Toutes les dépenses complémentaires seront prises sur d’autres sources budgétaires (le programme ANR).

Abstract

The project proposes to measure small isotopic variations in the atmospheric Helium collected at high latitude in the Northern hemisphere, in order to develop a potential new tracer for the atmospheric geochemistry.
Because of its light mass, He is not retained in the atmosphere and its isotopic composition results of the balance between sinks and sources. The sinks are mainly volcanism which permits degassing of primordial 3He from the mantle, and the continental crust which degasses 4He produced by natural radioactivity. The human activity has dramatically increased both the flux of 3He from the decay of tritium produced by the nuclear industry, and the flux of 4He released from the crust by extraction of coal and hydrocarbons. As a result, the He isotope variations related to the human activity could be at the per mil level.
The He isotopic composition can also vary substantially at the vicinity of active tectonic areas or du to the contribution of tritium rich material produced by the nuclear industry. The resulting He isotopic variation can reach the per mil level.
The project is part of a larger program leaded by Pr. B. Marty (CRPG Nancy, France) to assess the isotopic composition of Helium on a world wide scale. The main target of the program is to measure the evolution of the He isotopic ratio with the latitude. Sampling of air aliquots are in progress on various continents including : Nepal, in Japan (from see level up to 3200 m), at Vulcano and Etna (to assess the potential influence of volcanic degassing), in Equator and Peru and from Chile down to Punta Arenas, Tierra del Fuego (0°-53°S), from Tasmania to Dome C (Antarctica) (41°S-75°S) thanks to the help of IPEV, in a few locations in North-America (Houston, Nevada, Toronto) and a reference point was down in France (Pointe du Raz, Finistère).
The specific part of the program proposed here aim at measuring the profile of the isotopic composition of atmospheric He at high northern latitudes.

Campaign 2011

Year 1/2

We request the support of IPEV to perform air sampling profile between Tromsø (69°39′ N) and Ny-Ålesund (78° 55′ N). This profile will be compared to the equivalent profile preformed during the 2009-2010 Antarctic summer campaign on the journey from Hobart (43°S) to Dome C (75°S).
N.B : The profile between 43°N and 69°N are performed by other means as part of the general ANR program.
We ask for a global support of 3600 euros that includes 1 full trip (2100 euros) for J. Duprat (responsible of the present proposal) and the cargo trip (1500 euros) for B. Marty (expert in isotopic noble gases measurements, principal investigator of the related ANR programme). In case of severe budget constraints, our demand can be cut back to 2100 euros (i.e. the full trip of J. Duprat). The rest of the expenses will be taken in charge by other means (the ANR program).

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