vendredi, 24 avril, 2026
Géochimie inorganique
La géochimie inorganique d'IsoFind couvre les éléments majeurs et traces des échantillons terrain, leur spéciation redox, les ratios diagnostiques de source et leur fractionnement isotopique. Elle se distingue du volet moléculaire par la nature des polluants concernés (éléments plutôt que molécules), la provenance des données (concentrations en mg/kg depuis les analyses élémentaires classiques), et le moteur qui les exploite (bridge Nexus plutôt que bridge CSIA). Cette page présente la vue d'ensemble du volet et les trois sous-pages détaillées qui le composent.
Deux stockages complémentaires
Les données inorganiques dans un projet IsoFind vivent dans deux stockages distincts selon leur nature chimique. Cette répartition reflète une distinction opérationnelle : les éléments purs d'un côté, les formes chimiques structurées (ions, complexes, oxyanions) de l'autre.
| Données | Stockage | Vue | Exemples |
|---|---|---|---|
| Concentrations élémentaires | Table sample_geochem | Onglet Géochimie | Ca, Mg, Na, K, Fe, Mn, As, Sb, Cr, U, Pb, Zn |
| Espèces inorganiques nommées | Table user_molecules (type_polluant = inorganique) | Onglet Molécules | Nitrate, nitrite, phosphate, perchlorate, cyanures |
Cette bipartition a une logique pratique. Un ICP-MS ou ICP-OES produit des concentrations élémentaires totales (exemple Cr total en mg/kg) qui vont dans la vue Géochimie. Une chromatographie ionique produit au contraire des concentrations d'espèces distinctes (exemple nitrate en mg/L, chlorate en µg/L) qui vont dans la vue Molécules, même si ces espèces sont inorganiques. Le volet inorganique d'IsoFind couvre les deux.
Les éléments supportés par le bridge Nexus
Le moteur géochimique IsoFind (bridge Nexus) dispose de fractionnements isotopiques tabulés pour onze éléments métalliques et métalloïdes couramment mobilisés en forensique environnementale. La table _EPSILON_TABLE du moteur porte pour chacun les valeurs d'epsilon en conditions abiotique, biologique, moyenne et adsorption.
| Élément | ε abiotique (‰) | ε biologique (‰) | ε moyen (‰) | ε adsorption (‰) |
|---|---|---|---|---|
| Cr (chrome) | -3,5 | -1,5 | -2,5 | +0,5 |
| Fe (fer) | -1,5 | -2,0 | -1,5 | +0,3 |
| Se (sélénium) | -3,0 | -5,0 | -3,5 | 0,0 |
| Zn (zinc) | -0,5 | -0,3 | -0,4 | -0,2 |
| Cu (cuivre) | -0,5 | -1,5 | -0,8 | -0,1 |
| As (arsenic) | -2,0 | -3,0 | -2,5 | +0,1 |
| Sb (antimoine) | -0,5 | -0,8 | -0,6 | +0,1 |
| Mo (molybdène) | -0,7 | -1,0 | -0,8 | -0,5 |
| Mn (manganèse) | -1,0 | -2,0 | -1,2 | +0,2 |
| Pb (plomb) | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
| Sr (strontium) | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
Les epsilons de Pb et Sr à zéro ne signifient pas que ces éléments ne fractionnent pas : ils signifient que leur fractionnement isotopique est négligeable dans les processus usuels de terrain, et que leur signature δ est conservative (conservée par mélange sans altération par les réactions). Cette propriété fait de Pb et Sr les traceurs de source par excellence, utilisés en forensique pour identifier l'origine d'une contamination sans ambiguïté de dégradation.
Éléments sans état redox variable
Une distinction importante, codée en dur dans le moteur via la constante _NORED_ELEMENTS, sépare les éléments à spéciation redox active de ceux qui restent sous une forme chimique unique en solution aqueuse. Cette distinction conditionne les fonctions du moteur qui peuvent être activées pour un élément donné.
| Catégorie | Éléments | Modèle IsoFind |
|---|---|---|
| Redox actifs | Cr, Fe, Se, As, Sb, Mo, Mn, U | Spéciation ML, fractionnement par réduction, ajustement pH/Eh |
| Sans redox | Pb, Zn, Cu, Cd, Ni, Co, Sr, Ca, Na, K, Mg | Transport + adsorption seulement, pas de spéciation dynamique |
Pour un élément redox actif, le moteur résout la répartition entre les formes oxydée et réduite en fonction des conditions physico-chimiques locales (pH, Eh, oxygène dissous, matière organique). Cette spéciation est ensuite utilisée pour calculer le fractionnement isotopique du résiduel (équation de Rayleigh pour la fraction réduite) et l'adsorption différentielle des formes sur les phases solides.
Les trois sous-pages du volet
Le volet inorganique se décompose en trois pages dédiées qui abordent chacune un aspect distinct. La répartition reflète la manière dont les données sont réellement utilisées par les utilisateurs : saisie et interprétation des concentrations brutes d'un côté, diagnostics de source calculés à partir de ratios de l'autre, spéciation redox pour les éléments à plusieurs états d'oxydation au milieu.
Majeurs et traces
Saisie, unités, normalisation des concentrations élémentaires. Ca, Mg, Fe, Mn, As, Sb et les métaux lourds.
Ratios diagnostiques
Ratios élémentaires et isotopiques pour l'attribution de source. Pb/Sr, Mn/Fe, δ⁸⁷Sr, ratios HAP pétro/pyro.
Spéciation redox
Répartition entre formes oxydée et réduite. Cr(VI)/Cr(III), Fe(II)/Fe(III), As(III)/As(V), seuils pH/Eh.
Les 12 espèces inorganiques du catalogue moléculaire
Au-delà des concentrations élémentaires brutes, IsoFind intègre douze espèces inorganiques nommées dans le catalogue moléculaire (table ref_molecules avec type_polluant = 'inorganique'). Ces espèces sont gérées comme des molécules à part entière parce qu'elles portent des seuils réglementaires propres, des méthodes analytiques dédiées et parfois une interprétation isotopique spécifique.
| Famille | Espèce | Seuil eau | Cadre réglementaire principal |
|---|---|---|---|
| Cyanures | Cyanure libre (HCN + CN⁻) | 10 µg/L | OMS 2022 (fraction libre = toxicité principale) |
| Cyanure total (CN⁻) | 50 µg/L | Dir. 98/83/CE ; OMS 70 µg/L ; DCE liste II 4,7 µg/L (eaux piscicoles) | |
| Ferricyanure de potassium | 50 µg/L | Inclus dans CN total ; libère HCN sous UV solaire | |
| Thiocyanate (SCN⁻) | - | Pas de seuil EU/EPA ; indicateur industriel | |
| Oxyanions azotés et phosphorés | Nitrate (NO₃⁻) | 50 mg/L | Dir. 98/83/CE et 91/676/CEE zones vulnérables |
| Nitrite (NO₂⁻) | 0,5 mg/L | Dir. 98/83/CE ; OMS 2022 3 mg/L | |
| Phosphate (PO₄³⁻) | - | DCE NQE indirecte (eutrophisation) ; Dir. 91/271/CEE STEP | |
| Oxyanions chlorés | Bromate (BrO₃⁻) | 10 µg/L | Dir. 98/83/CE et 2020/2184 ; IARC Groupe 2B |
| Chlorate (ClO₃⁻) | 0,7 µg/L | EU 2020/749 ; sous-produit désinfection ClO₂ | |
| Chlorite (ClO₂⁻) | 0,7 µg/L | EU 2020/749 ; sous-produit désinfection ClO₂ | |
| Perchlorate (ClO₄⁻) | 0,7 µg/L | EU 2020/749 art. 2 ; EPA MCLG 56 µg/L (non adopté) | |
| Précurseurs inorganiques | AN (nitrate d'ammonium) | - | Reg. EU 2019/1148 (>16 % N, accès restreint) ; Reg. EU 98/2013 (accès défense) |
Le seuil très bas à 0,7 µg/L pour perchlorate, chlorate et chlorite reflète leur toxicité pour la thyroïde. Ces trois anions sont souvent co-détectés comme sous-produits de la désinfection au dioxyde de chlore ClO₂. Une contamination par l'un induit souvent la présence des autres dans les mêmes proportions typiques, ce qui peut servir de diagnostic de source.
Éléments isotopiques inorganiques usuels
Au-delà du fractionnement du carbone dominant pour les molécules organiques, les études inorganiques mobilisent une palette plus large de systèmes isotopiques. IsoFind supporte les mesures δ sur les principaux éléments, avec leurs échelles de référence conventionnelles.
| Système | Échelle de référence | Usage typique |
|---|---|---|
| δ⁵³Cr (⁵³Cr/⁵²Cr) | SRM 979 | Traçage des panaches Cr(VI), quantification de la réduction |
| δ⁵⁶Fe (⁵⁶Fe/⁵⁴Fe) | IRMM-014 | Cycle du fer, origine magmatique vs altération |
| δ⁸²Se | NIST SRM 3149 | Réduction microbienne, contamination agricole vs minière |
| δ¹²³Sb (¹²³Sb/¹²¹Sb) | NIST SRM 3102a | Mines d'antimoine, mobilité redox aquifère |
| δ⁷⁵As | NIST SRM 3103a | Origine naturelle vs anthropique, méthylation |
| δ⁶⁶Zn, δ⁶⁵Cu | Standards internationaux | Attribution de source métallurgique |
| ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (rapport, pas δ) | SRM 987 | Traceur conservatif d'origine géologique |
| Pb isotopes (²⁰⁶/²⁰⁷/²⁰⁸/²⁰⁴) | NIST SRM 981 | Attribution plomb industriel vs naturel, datation U-Pb |
| δ¹⁵N (nitrates) | AIR | Origine agricole, assainissement, fond naturel |
| δ¹⁸O (oxyanions) | VSMOW | Nitrate, perchlorate, phosphate : voies de synthèse |
Ces mesures isotopiques sont saisies dans la vue Isotopes de la fiche échantillon, indépendamment du stockage des concentrations. Le couplage concentration/isotope se fait au moment du calcul, quand le moteur Nexus mobilise les deux pour calculer les diagnostics.
Saisie et import des données inorganiques
Les concentrations élémentaires s'enregistrent dans la vue Géochimie avec une structure propre. Chaque mesure porte l'élément, sa valeur, l'unité native (mg/kg, mg/L, µg/g, pct...), la valeur normalisée en mg/kg, l'incertitude et la méthode analytique.
| Champ | Contenu |
|---|---|
| Élément | Symbole chimique (Cr, Fe, As, Sb...) |
| Valeur | Mesure brute dans son unité native |
| Unité native | mg/kg (matrice solide), mg/L, µg/L (matrice aqueuse) |
| Valeur mg/kg normalisée | Normalisation automatique pour comparaison inter-échantillons |
| Incertitude | Écart-type analytique en mg/kg |
| Méthode analytique | ICP-MS, ICP-OES, AAS, XRF, chromatographie ionique |
Les imports CSV acceptent les deux orientations courantes : un élément par ligne (format long, typique des laboratoires), ou un élément par colonne (format large, typique des tableurs Excel). Le parseur IsoFind reconnaît automatiquement la structure et bascule vers le stockage normalisé.
Articulation avec le moteur de simulation
Le volet inorganique alimente le moteur de simulation 3D via le mode « élément » du simulateur, par opposition au mode « molécule » qui concerne le volet moléculaire. Le moteur consomme les données inorganiques de trois façons.
| Usage | Données consommées |
|---|---|
| Spéciation redox locale | pH, Eh, O₂ dissous depuis la vue Géochimie des échantillons proches |
| Fractionnement isotopique du résiduel | Epsilon de _EPSILON_TABLE ou du bridge Nexus selon hint |
| Adsorption différentielle | foc de la lithologie, Kd par forme chimique |
Les processus Nexus explicites (nexus_process_hint parmi redox, adsorption, biological, dissolution, precipitation, evaporation) permettent de forcer une catégorie de processus pour interroger la base de fractionnements. Ces overrides sont particulièrement utiles pour tester des hypothèses alternatives sur un même site.
Pourquoi un volet distinct du moléculaire
La séparation entre géochimie inorganique et moléculaire dans IsoFind n'est pas qu'une convention de rangement. Elle reflète cinq différences opérationnelles qui imposent des traitements distincts.
- Les données élémentaires proviennent d'analyses totales (ICP après digestion) qui ne distinguent pas les espèces chimiques ; les données moléculaires proviennent au contraire d'analyses spécifiques (GC-MS, LC-MS) qui identifient chaque composé.
- Les unités natives diffèrent : mg/kg pour les solides et mg/L pour les liquides côté inorganique, tandis que les molécules se rendent majoritairement en ng/L ou µg/L.
- Les référentiels analytiques sont différents : normes ISO, EPA et NF pour les méthodes inorganiques vs ISO 21675 et EPA 537 pour les PFAS par exemple.
- Les mécanismes de transformation diffèrent : spéciation redox et adsorption pour les éléments, dégradation cinétique et métabolisation pour les molécules.
- Les signatures isotopiques mobilisées ne se recouvrent pas : δ¹³C, δ²H, δ³⁷Cl pour les molécules vs δ⁵³Cr, δ⁵⁶Fe, δ⁸²Se, δ¹²³Sb pour les inorganiques.
Pour aller plus loin
- Majeurs et traces : saisie, unités, normalisation, éléments typiquement suivis.
- Ratios diagnostiques : ratios élémentaires pour l'attribution de source.
- Spéciation redox : Cr(VI)/Cr(III), Fe(II)/Fe(III) et autres couples redox.
- Volet moléculaire : la contrepartie organique du volet inorganique.