Le domaine des Sciences de la Terre a fourni un effort considérable, depuis 50 ans, pour documenter la composition isotopique des phases naturelles. Les variations d’abondances isotopiques apportent en effet des contraintes quantitatives décisives pour la compréhension des phénomènes géologiques, tant profonds que de surface. Ces variations résultent de processus physico-chimiques à l’échelle atomique. Dans ce cadre, la modélisation de ces processus dits de fractionnement isotopique présente un grand intérêt pour les géosciences. A l’inverse, l’abondance de données représente un champ immense à explorer pour le physico-chimiste.
Nous avons développé une approche basée sur les méthodes de calcul de structure électronique, afin de prédire théoriquement la valeur de ces fractionnements entre deux phases données, à l’équilibre thermodynamique. Initialement, la méthode a été développée pour les solides et les molécules simples (Méheut et al 2007). Plus récemment, nous l’avons adaptée pour tenter de décrire les propriétés de fractionnement des liquides (Dupuis et al 2014), une problématique présentant des difficultés théoriques particulières. Nous présenterons nos résultats sur ces thématiques, en mettant en lumière leur intérêt pour le développement de la géochimie isotopique, mais aussi pour la compréhension générale des propriétés thermodynamiques d’origine vibrationnelle des matériaux. Nous présenterons également plus largement les grandes questions scientifiques qui se posent dans le domaine des Sciences de la Terre, et portant sur les origines physiques du fractionnement isotopique de divers éléments.