Qu’est-ce qu’un isotope ?

Chaque élément se distingue par son nombre de protons, de neutrons et d’électrons. Les atomes de chaque élément possèdent le même nombre de protons et d’électrons, mais le nombre de neutrons peut varier.

Les atomes qui ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de neutrons sont appelés isotopes. Ils ont presque les mêmes propriétés chimiques mais pas la même masse et donc des propriétés physiques différentes. Il existe des isotopes stables, qui n’émettent pas de rayonnement, et des isotopes instables, qui en émettent : ce sont les radio-isotopes.

On utilise les techniques nucléaires pour mesurer les quantités et les proportions d’isotopes dans la matière et retracer ainsi leur origine, leur parcours et leurs sources. Ces mesures aident les experts à comprendre, par exemple, les systèmes terrestres et aquatiques, le volume de certaines vitamines absorbées par l’organisme, ou la quantité d’engrais absorbée par les plantes.

Pour en savoir plus sur les différents types d’isotopes, cliquez ici.

Une signature isotopique est l’ensemble des rapports des concentrations des différents isotopes d’un élément dans un échantillon.

Les signatures isotopiques sont aussi appelées empreintes, car, comme les empreintes digitales, elles sont utilisées pour le suivi et la traçabilité. On les trouve dans l’eau, le sol, les plantes et les animaux. À l’aide de ces empreintes, les scientifiques peuvent étudier :

• la migration des espèces sur la terre et dans les eaux ;
• les chaînes alimentaires et les changements d’alimentation chez les animaux (pour en savoir plus, consultez cet article sur les bovins au Bénin) ;
• la provenance géographique et botanique des aliments (pour en savoir plus, consultez cet article sur l’utilisation de l’analyse isotopique pour déceler la fraude à la truffe) ;
• l’âge et la qualité des masses d’eau, notamment des aquifères des eaux souterraines (pour en savoir plus, consultez cet article sur l’utilisation des isotopes pour cartographier l’eau potable à Madagascar) ;

• l’origine de la pollution de l’eau et de l’atmosphère (pour en savoir plus, consultez cet article sur l’utilisation des isotopes pour déterminer l’origine de la pollution de l’eau à Maurice).

L’isotope naturel du carbone 14 présent naturellement dans l’eau est utilisé par exemple pour déterminer l’âge de l’eau et d’autres matières organiques.

Pour en savoir plus sur l’importance et les utilisations des isotopes et de leurs signatures, consultez les Bulletins de l’AIEA.

Les quatre-vingts premiers éléments du tableau périodique possèdent des isotopes stables. Les propriétés des isotopes stables permettent de les utiliser pour comprendre et gérer les ressources en eau et les sols. Ils sont également utilisés dans les études de l’environnement, les évaluations nutritionnelles et la criminalistique.

En mesurant la quantité et la proportion d’isotopes stables naturels comme ceux de l’hydrogène dans des échantillons d’eau, on peut en déterminer l’âge et l’origine, comprendre son parcours et connaître ses sources. C’est ce qu’on appelle l’hydrologie isotopique.

On utilise les isotopes stables pour étudier les sols, les hommes, les animaux, les insectes et les plantes, par exemple pour étudier la trajectoire migratoire des papillons et protéger les ressources dans leurs zones de reproduction.

On les utilise également dans l’agriculture. À l’aide d’engrais azotés biologiques marqués à l’azote 15 (¹⁵N), isotope stable, les scientifiques peuvent suivre le cheminement de l’engrais et évaluer son absorption par les cultures. C’est important, car les plantes doivent absorber l’azote pour le transformer en protéines dont elles ont besoin. L’azote 15 permet aux scientifiques de déterminer combien d’engrais il faut aux cultures pour un rendement maximal.

Pour en savoir plus sur les isotopes stables, cliquez ici.

Il existe plus de 3 000 radio-isotopes connus. Formes instables d’un élément, ils émettent différents niveaux de rayonnement, ce qui les rend utiles dans plusieurs domaines : médecine, agriculture, sciences radiopharmaceutiques, applications industrielles, suivi environnemental et études biologiques.

Les radio-isotopes sont produits artificiellement et de manière sûre dans des réacteurs de recherche et des accélérateurs. On les utilise notamment pour traiter le cancer et les maladies chroniques par radiothérapie, en détruisant les cellules cancéreuses de manière sûre et efficace. Ils servent aussi à créer de meilleurs produits de soins de santé en éliminant ou en neutralisant les produits chimiques, les bactéries et les toxines qui présentent un danger.

Pour en savoir plus sur les autres utilisations des radio-isotopes et sur leurs produits, cliquez ici et cliquez ici.

• L’AIEA aide les pays à renforcer leur capacité d’utilisation des techniques isotopiques et de production de radio-isotopes et de radiopharmaceutiques.
• L’AIEA aide les experts nationaux à améliorer la qualité de leurs données de mesures analytiques en fournissant des matières de référence, des procédures validées, des tests de compétence et des lignes directrices pour la protection de l’environnement.
• Le programme de coopération technique de l’AIEA utilise souvent les outils isotopiques pour répondre aux priorités en matière d’élaboration de normes sanitaires et nutritionnelles, d’amélioration de la production alimentaire et agricole, de suivi de la provenance des aliments et de la source des gaz à effet de serre et des polluants, et de gestion de l’approvisionnement en eau.
• Les projets de recherche coordonnée de l’AIEA permettent aux organismes de recherche de créer des réseaux et des bases de données sur les isotopes et la recherche isotopique.
• Le Réseau mondial de mesure des isotopes dans les précipitations (GNIP), géré par l’AIEA et l’Organisation météorologique mondiale (OMM), fournit des conseils scientifiques et des moyens logistiques et techniques pour la recherche et l’utilisation des techniques isotopiques.
• L’AIEA gère aussi le Réseau mondial de mesure des isotopes dans les cours d’eau (GNIR), qui collecte des données sur les isotopes dans les cours d’eau du monde entier et aide à gérer les ressources en eau.
• L’AIEA aide les pays intéressés à mettre en place des installations de production de radio-isotopes, de la consultation à la supervision de l’établissement des centres de production, en passant par le choix des installations et des méthodes.