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Projet : ablation laser in situ avec LIBS (ALLIBS)

Portage : Benoît Caron (benoit.caron@sorbonne-universite.fr) et Julie Noël (julie.noel@sorbonne-universite.fr)

Partenariat actuel IdF DIM PAMIR : Sorbonne Université / ISTeP (UMR 7193, SU) / Institut de Paléontologie Humaine (HNHP, MNHN, UMR 7194) / IMPMC (UMR 7590-SU) / METIS (UMR 7619-SU) / CR2P (UMR 7207- MNHN-SU)

ALIPP6 est une plateforme mutalisée d’analyse géochimique hébergée à Sorbonne Université (Paris), OSU Ecce Terra URA 3455 (chartes SU et RéGef INSU-CNRS). Cette plateforme est accessible par toutes et tous, toutes disciplines confondues : géologie, environnement, archéologie, paléoclimatologie, pharmacologie, biologie, médecine, physique, chimie, planétologie… ALIPP6 développe des protocoles et de nouvelles méthodes d’analyses en étroite collaboration avec les utilisateurs et est impliquée dans des projets fédérateurs (ANR Color-Sources, HNHP-ISTeP-BBEES, MNHN SU ; surveillance volcanique Mayotte Revosima CNRS-IPGP-ISTeP ; SuperCam Rover Perseverance MARS2020, NASA-CNES-IRAP-ISTeP-IMPMC ; projet TOBA-Climat CR2P-ISTeP-LOCEAN-LSCE-IPGP; projet Marais St Gond, ISTeP-Univ. Bourgogne…). Un IGR et une IGE sont en charge du bon fonctionnement d’ALIPP6 qui est pilotée par un comité scientifique multi-tutelles et multi-UMR (SU, CNRS, IRD, ISTeP, IMPMC, METIS).

Le projet ALLIBS a pour objectif l’acquisition d’un système d’analyse comprenant une ablation laser in situ avec un LIBS intégré et un spectromètre de masse à plasma induit triple quadrupôles (ICP-MS/MS).

La première partie de ce projet consiste dans l’achat d’une ablation laser novatrice couplant deux technologies : l’ablation d’échantillon in situ comprenant un laser excimer 193 nm et un LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, 190 à 900nm soit de l’UV à l’IR). Cet instrument remplacera la laser actuel (hors service et obsolète) et permettra de faire sauter un verrou technologique. Le LIBS permet d’obtenir une valeur de standard interne (en éléments majeurs ou mineur) sur le volume ablaté par le laser. Cette valeur est obtenue dans les méthodes conventionnelles sur la surface de l’échantillon par un système tiers qui impliquent de nombreux biais. Ceci permettra d’avoir une mesure représentative du volume total ablaté et de prendre en compte les hétérogénéités de compositions chimiques locales en surface et en profondeur. Cette technologie est actuellement utilisée sur le Rover Perseverance sur MARS.

La deuxième partie de ce projet sera consacrée à l’achat d’une ICP-MS/MS triple quadrupôles pour la mise en place au sein de la plateforme d’analyse géochimique ALIPP6 de deux lignes d’analyse distinctes : solution et solide (laser). Notre première ICP-MS/MS a démontré depuis la création de la plateforme (2016) de grandes capacités analytiques en éléments majeurs, traces et isotopiques dans des champs très variés. Par contre, les passages de plasma humide (mode solution) à plasma sec (mode laser) ou inversement, induisent des instabilités des signaux et des problèmes matériels. En effet, les deux modes sont difficilement compatibles et nous demandent une grande gymnastique technique et un temps de stabilisation trop long (plusieurs jours) par rapport à la demande.

Cet ensemble d’instrument (AL-LIBS--ICP-MS/MS) n’existe pas en France. Actuellement en Europe, seule une installation est opérationnelle en Autriche et une autre en cours d’installation en Allemagne. De plus, le couplage occasionnel de l’ablation laser-LIBS simultanément à l’ICP-MS/MS équipant actuellement ALIPP6 et au nouvel ICP-MS/MS de ce projet, représenterait un montage unique au monde. Ce montage lèverait des limites analytiques et permettrait d’analyser des éléments majeurs, traces (Li, Be, B, halogènes Cl, Br, I, P..) et surtout les isotopes (S, Pb, Si, U, Th, Lu, Hf…) en utilisant les modes gaz (NH3, H2, He, N2O) distincts via les deux cellules de collision-réaction pour les matériaux extrêmement précieux et en petite quantité (peinture rupestres, pigment, œuvre, patrimoine, météorites, Mars, Lune…).

En 2023, 1 projet ANR (Color-Sources, MNHN 2022-2026) et 3 thèses (K. Mendes, M. Imbeaux, F. Pasquetti) utilisent les capacités analytiques, de développements et l’expertise de la plateforme et sont dépendants du remplacement du laser défectueux depuis 2022. Deux autres projets ANR AAPG 2023 impliquant ALIPP6 sont qualifiés pour le second tour.

ALIPP6 met en place le logiciel Collec-Science (INREA, E. Quinton) pour mettre l’échantillon au cœur de la gestion « science ouverte ». De cette manière, il sera possible d’associer les méta-données liées aux échantillons (carnet de terrain, GPS, cahier de labo, stockages, sous échantillonage, analyses, publications…) et de donner accès aux institutions et tutelles concernées (Janus CNRS, INSERM, Alliance SU, HAL…) avec un système interopérable et non personne dépendant. De plus, à la vue des 15000 analyses d’échantillons par an réalisées à ALIPP6, un développement statistique est envisagé en collaboration avec BBEES.

Pour financer cette acquisition, en plus de la demande faite au DIM-PAMIR, le co-financement du projet ALLIBS repose sur les ressources propres d’ALIPP6 thésaurisées depuis 2018 (85k€), les participations des UMR ISTeP, IMPMC et METIS de Sorbonne Université (35, 5 et 5 k€ respectivement), la participation de l’ANR Color-Sources (15k€) et de Sorbonne Université (145 k€, 02/2023).