Une percée technique a été réalisée dans la détermination de la source de très petits échantillons de carbone au Laboratoire de l'accélérateur et au Laboratoire de chronologie de l'Université d'Helsinki. Le travail de développement est essentiel dans la recherche climatique car il permet de démêler l'origine des particules de noir de carbone.

Le rapport entre la biomasse moderne et la matière fossile présente dans tout échantillon contenant du carbone peut être déterminé par datation au radiocarbone avec un accélérateur de particules. La quantité d'isotope radioactif du carbone ( ¹⁴ C, radiocarbone) est réduit de moitié tous les 6, 000 ans, rendre la matière fossile entièrement libre de celui-ci.

Dans les années récentes, la méthode basée sur la demi-vie du radiocarbone a été utilisée en particulier en Finlande pour déterminer la proportion de biomasse dans les carburants – à l'appui de la bioéconomie. Typiquement, les accélérateurs de particules nécessitent un milligramme de carbone solide pour quantifier les très petites quantités de radiocarbone contenues dans les échantillons.

"Le ratio radiocarbone dans le carbone est d'un millionième de millionième. Nous ne cherchons pas une aiguille dans la botte de foin, mais pour la pointe de l'aiguille sur toute la ferme, " illustre Markku Oinonen, directeur du Laboratoire de chronologie.

La moitié d'un cristal de sel suffisant pour un échantillon

Un projet d'investigation de l'origine du noir de carbone, ce sont les particules de suie qui réchauffent le climat, a réussi à déterminer des concentrations de radiocarbone dans des échantillons jusqu'à cent fois plus petits, seulement 10 à 20 microgrammes de poids. Les résultats de datation au radiocarbone des minuscules échantillons correspondent bien aux résultats obtenus à partir d'échantillons de carbone solide. Cette avancée technologique est extrêmement précieuse en raison d'une tendance générale de la recherche vers des échantillons de plus en plus petits.

"La méthode est basée sur une source d'ions hybride qui utilise des échantillons gazeux et un système d'alimentation en dioxyde de carbone, " explique Kenichiro Mizohata, chercheur au Laboratoire des Accélérateurs.

Les particules de suie collectées dans l'environnement sont purifiées chimiquement et brûlées en dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone récupéré est ensuite envoyé à la source d'ions pour la datation au radiocarbone. Précédemment, un morceau de carbone solide était nécessaire pour la datation au radiocarbone mais maintenant la quantification au radiocarbone peut être effectuée directement sur le dioxyde de carbone, réduisant considérablement la quantité de carbone nécessaire.

"Les échantillons de suie analysés dans l'étude ont la taille d'un demi-cristal de sel ou d'un dixième d'une graine de pavot, c'est-à-dire si petits que la méthode de détermination traditionnelle n'aurait peut-être pas fonctionné sur eux sans les travaux de développement sur la source d'ions gazeux, " raisonne Antto Pesonen, coordinateur qualité au Laboratoire de Chronologie.

Le carbone noir fait fondre la glace glaciaire

Le noir de carbone absorbe efficacement la lumière du soleil et accélère ainsi la fonte des glaciers. La suie est d'actualité dans les discussions politiques internationales, et l'Université d'Helsinki est pionnière dans l'étude de ce problème mondial.

"Contrairement à ce que l'on croyait auparavant, nous avons découvert que les dépôts de noir de carbone ont augmenté dans les régions arctiques d'Europe et de la Russie occidentale au cours des dernières décennies. Le carbone noir semble contribuer à la fonte accrue observée des glaciers du Svalbard, " explique Meri Ruppel, chercheur à l'Université d'Helsinki.

Le projet de recherche en cours étudie les sources de noir de carbone arctique, y compris l'industrie, ménages, la circulation et les incendies de forêt. Une attention particulière est accordée aux émissions de torchage de l'industrie pétrolière et gazière russe.

La datation au radiocarbone du noir de carbone a été réalisée en collaboration multidisciplinaire entre le Laboratoire de Chronologie et le Laboratoire des Accélérateurs.