Un tour de force atomique

Ian Clark

« Il est facile de s'emballer – et c'est un euphémisme – en pensant à tous les nouveaux domaines de recherche qu'il sera maintenant possible d'explorer grâce à cette installation unique au Canada. »

– Ian Clark

 

Il a fallu cinq conteneurs de 12 mètres de long pour lui faire traverser l’océan jusqu’au Canada depuis les Pays-Bas, où il a été construit. Une fois assemblé, il mesure 25 mètres de long sur plus de 9 mètres de large et il pèse au bas mot 44 tonnes. Il a fallu utiliser un pont roulant pour déposer ses aimants géants sur une dalle de béton de près d’un mètre d’épaisseur reposant sur 40 pieux solidement ancrés dans le roc. Bref, tout ce qui entoure le nouveau spectromètre de masse par accélérateur (SMA) du Complexe de recherche avancée de l’Université d’Ottawa, évalué à 10 millions de dollars, est surdimensionné. Ce qui est plutôt insolite puisque le principal emploi de cet appareil consiste à analyser la réalité… au niveau de l’atome.

Le tout nouveau SMA est installé dans un laboratoire spacieux et très éclairé nommé en l’honneur de feu André E. Lalonde, ancien géologue et doyen de la Faculté des sciences de l’Université d’Ottawa. Il accélère les ions à une fraction de la vitesse de la lumière avec très peu de contamination. Il permet en outre de détecter la présence de traces de radioisotopes en concentrations beaucoup plus faibles que les spectromètres de masse classiques.

« C’est toujours stimulant de travailler avec du nouvel équipement imposant, mais cet appareil est dans une classe à part », explique Ian Clark, professeur au Département des sciences de la Terre, reconnu pour son travail de pionnier sur l’utilisation des isotopes en recherche environnementale et en sciences de la Terre. « Il est facile de s’emballer – et c’est un euphémisme – en pensant à tous les nouveaux domaines de recherche qu’il sera maintenant possible d’explorer grâce à cette installation unique au Canada. »

Le SMA permet aux chercheurs de réaliser les expériences les plus pointues en recherche environnementale et de percer d’importants mystères entourant les ressources naturelles, le climat et la santé. Datation au radiocarbone des trouvailles archéologiques, surveillance de dépôt de déchets radioactifs, recherche biomédicale de pointe sur les nouveaux médicaments et en toxicologie : les applications du SMA sont nombreuses et impressionnantes.

Ian Clark est l’un des principaux instigateurs de la création du nouveau laboratoire de spectrométrie, avec le professeur de physique et directeur du laboratoire Liam Kieser. Il est particulièrement enthousiaste à propos du séparateur d’isobares, un composant du SMA conçu à Toronto et servant à régler l’un des grands problèmes de la mesure des isotopes rares : l’interférence créée par les isotopes environnants.

« Pour mesurer des isotopes, il faut les sélectionner selon leur masse, explique-t-il. Le problème, c’est que différents isotopes de différents éléments ont parfois la même masse. » Les mesures prises par spectrométrie de masse sont donc souvent faussées par des isotopes – ou isobares –, qui créent de l’interférence, ce qui rend très difficile la distinction entre deux isotopes de même masse.

Prenons par exemple le chlore 36, un isotope rare très important pour dater les échantillons hydrologiques et en retrouver la trace. Or, le soufre 36, un isotope qui se trouve à peu près partout et dans n’importe quoi – tant dans les aliments que dans l’air –, a la même masse. Il est donc extrêmement difficile d’obtenir des échantillons de chlore 36 non contaminés par le soufre 36.

Situé à l’avant du spectromètre, le séparateur d’isobares élimine ce genre de « bruit de fond » dérangeant au moyen de réactions chimiques. Il offre de nouvelles possibilités au professeur Clark et à son équipe de recherche pour mesurer des isotopes radioactifs, comme surveiller les émissions produites par l’activité nucléaire.

« C’est là un des grands avantages du SMA, le fait de pouvoir analyser nos isotopes cibles à partir d’échantillons extrêmement petits et de pousser notre compréhension des choses jusqu’aux moindres détails, explique-t-il. Donc, en cas de grave fuite nucléaire, par exemple, nous pourrons commencer à analyser non seulement la quantité de tritium qui s’accumule, disons, dans une pomme, mais aussi de quelle façon le tritium progresse dans toute la chaîne alimentaire. Grâce à notre nouvel instrument, nous pouvons maintenant diviser le mouvement jusqu’au niveau de l’atome. »

Par le même principe, Ian Clark et ses coéquipiers pourront utiliser les mesures de radionucléides dans l’environnement prises à l’aide du SMA pour détecter toutes sortes de contaminants, qu’il s’agisse des émissions nucléaires de la centrale de Fukushima ou du méthane produit par les puits de gaz de schiste.

« Si nous trouvons du méthane dans le puits d’un fermier à proximité d’un site d’hydrofracturation pour l’exploitation du gaz de schiste, nous pourrons maintenant dire si ce méthane était naturellement présent dans le sol ou s’il y est en raison d’une fuite causée par l’hydrofracturation, explique le professeur Clark. Cet appareil multiplie les domaines de recherche possibles. C’est un tout nouveau territoire qui s’ouvre devant nous. »

 

par Sean Rushton

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