De nos jours, la police scientifique est capable d’analyser une grande variété de traces en relation avec une activité criminelle. Mais les experts rencontrent certaines difficultés quand il s’agit de déterminer l’origine précise des objets utilisés comme moyens de preuve. Pour répondre à cette problématique, la spectrométrie de masse à rapport isotopique se révèle être une technique analytique parfaitement adaptée. Applicable à de nombreuses disciplines, elle fournit de précieuses informations sur les objets à l’échelle de l’atome.
Ils arrivent à déterminer que l’enfant n’a probablement pas vécu toute sa vie au même endroit. Il semble avoir passé les premières années de sa vie dans des régions froides (Europe de l’Est ou Russie). Puis il aurait migré vers une région plus chaude (potentiellement les Balkans), avant de retourner dans un environnement plus froid au cours de sa dernière année de vie. Au cours des analyses, certains marqueurs indiquent que la mère et/ou l’enfant auraient pu séjourner aux États-Unis pendant la grossesse ou les premières années de vie. L’alimentation de l’enfant témoigne aussi de son mode de vie. Cette dernière ne correspond pas à un régime typiquement slovène. Elle comporte notamment une part importante de plantes de “type C4” comme la canne à sucre et des indices de consommation de poisson ou de produits liés à un environnement marin. Au cours des derniers mois de l’enfant, des protéines animales provenant plutôt d’un élevage de pâturage (e.g., moutons ou chèvres) que d’une production industrielle classique ont été consommées. Mais dans les trois semaines précédant sa mort, la quantité de ces protéines diminue nettement, sans pour autant indiquer une famine.
Les isotopes stables
Les isotopes sont des atomes dont les noyaux partagent le même nombre de protons (dépendant de l’élément chimique) mais un nombre différent de neutrons. Ils sont ainsi caractérisés par le même numéro atomique Z et se différencient par leur nombre de masse A (protons + neutrons). Dans la notation des isotopes, ce dernier est indiqué en haut à gauche du symbole de l’élément chimique X : AX. Par exemple, le carbone 12 (12C) et le carbone 13 (13C) sont deux isotopes du carbone.
Les isotopes d’un même élément chimique possèdent les mêmes propriétés chimiques. Cependant, ils présentent des propriétés physiques différentes, notamment en ce qui concerne leur radioactivité.
Il existe des isotopes stables et instables et seuls les premiers sont ciblés en science forensique (Figure 1). Les isotopes stables possèdent un mélange équilibré de protons et de neutrons dans leur noyau, ce qui leur offre une stabilité à long terme. Par exemple, parmi les isotopes du carbone, seuls deux sont stables (12C et 13C) et un est radioactif (14C utilisé dans des techniques de datation).
Les principaux isotopes étudiés en science forensique sont ceux du carbone (C), de l’azote (N), de l’oxygène (O), de l’hydrogène (H), du chlore (Cl), du soufre (S) et du strontium (Sr).
La spectrométrie de masse à rapport isotopique
Au sein d’un échantillon, l’abondance relative des différents isotopes d’un élément chimique est mesurée à l’aide de la spectrométrie de masse à rapport isotopique (IRMS). La mesure des rapports isotopiques est intéressante car ces derniers varient en fonction de la source et de l’origine du matériau.
Le rapport isotopique d’un atome est noté nR. Il mesure le nombre d’atomes de l’isotope minoritaire par rapport à celui de l’isotope majoritaire. Dans le cas de l’atome de carbone, le rapport isotopique est par exemple noté 13R=13C/12C.
Cependant, après l’analyse des échantillons par spectrométrie de masse, les résultats ne sont pas donnés sous la forme de rapports isotopiques. Ils sont plutôt exprimés en fonction d’un standard de référence grâce à la notation δ suivante :
AX correspond à l’isotope de l’élément chimique X. nRéch et nRsdt correspondent respectivement aux rapports isotopiques pour l’échantillon et le standard.
Les valeurs sont exprimées en ‰. Elles sont standardisées et peuvent être comparées entre différents laboratoires.
Application en criminalistique
Les sources de substances indistinguables chimiquement peuvent être discriminées à l’aide d’une analyse IRMS. Ce type d’analyse se révèle particulièrement intéressant dans un contexte médico-légal. Cette dernière décennie, son application s’est étendue à de très nombreux domaines couverts par les sciences forensiques (Figure 2). Les multiples études publiées sur le sujet témoignent de cette diversité. Certaines d’entre elles se sont, par exemple, intéressées à la détermination de la provenance géographique des personnes, la détection de trafics illégaux de plantes et d’animaux, de stupéfiants… Une liste non exhaustive de disciplines, pour lesquelles l’analyse des isotopes stables est plus ou moins bien implantée, est proposée ci-dessous. Pour chacune, le cadre d’application de l’IRMS est brièvement résumé.
Provenance géographique des individus
L’identification médico-légale d’une personne repose sur l’étude de caractéristiques spécifiques à chaque individu comme les empreintes digitales et génétiques. Cependant, ces informations ne sont pas toujours accessibles. C’est notamment le cas lorsque le corps se trouve dans un état de dégradation importante (carbonisation, restes squelettiques…). Dans ces cas-là, l’analyse des isotopes stables apparaît comme un outil puissant et pertinent pour procéder à l’identification des individus.
La caractérisation isotopique, bien que non spécifique à un individu, est une transcription chimique de la vie de cet individu, de son enfance à ses dernières années de vie. Elle permet, entre autres, d’obtenir des informations sur son alimentation. Par l’analyse des isotopes stables de carbone, d’azote ou de soufre, il est possible de définir quels types d’aliments ont été consommés (riches en protéines animales ou à dominante végétale). D’autres isotopes permettent d’obtenir des informations sur l’origine géographique des individus et de détecter d’éventuelles migrations. Ceux de l’oxygène (via l’eau consommée) et du strontium (métal assimilé par plantes consommées) sont fréquemment ciblés.
Les isotopes sont détectés au sein d’échantillons biologiques. Certaines matrices comme les os, les dents, les cheveux et les ongles sont privilégiées. Les deux premières sont souvent exploitées par les scientifiques lorsque des restes humains sont découverts dans un contexte archéologique et/ou judiciaire. Les ongles et les cheveux ont quant à eux l’avantage de pouvoir être prélevés de manière non invasive sur des sujets vivants. L’analyse de ces derniers peut servir dans les cas d’immigration illégale par exemple. Il est possible de vérifier l’origine géographique d’un demandeur d’asile qui ne possède pas de papier d’identité valable.
Finalement, les indices recueillis peuvent permettre aux enquêteurs d’exclure l’identité d’une victime en cas de discordance avec des informations ante et/ou post mortem. Cela peut également permettre aux enquêteurs de restreindre leur champ d’investigation dans le cas où l’identité potentielle de la victime est inconnue (e.g. IVC).
La criminalistique au service de la faune sauvage
Le commerce illégal de plantes et d’animaux sauvages suscite un vif intérêt au sein de la communauté juridique. Il s’agit d’un fléau mondial dont le chiffre d’affaires annuel est estimé entre 5 et 20 milliards de dollars américains.
Comme pour les êtres humains, les analyses isotopiques permettent de déterminer la provenance géographique des espèces. Les isotopes stables du carbone et de l’azote sont les plus étudiés dans ce contexte. Historiquement, l’ivoire et les os d’éléphants furent les premiers prélèvements d’animaux analysés par IRMS pour en déterminer l’origine d’un point de vue forensique.
Des études récentes ont montré qu’il était possible, grâce à ces analyses, de différencier les animaux sauvages d’animaux d’élevage ou vivants en captivité (e.g., perroquets gris du Gabon, lézards crocodiles de Chine, serpents). En effet, le régime alimentaire et l’environnement dans lequel ces animaux évoluent varient considérablement. Les individus nés et élevés en captivité sont nourris de façon régulière tout au long de leur vie. À l’inverse, l’alimentation des animaux sauvages est dépendante de l’environnement et de leur physiologie (saisons, changements alimentaires). Ces différences sont observables au sein des rapports isotopiques étudiés.
Saisies de stupéfiants
L’IRMS est considérée comme une technique très utile pour lutter contre le trafic de stupéfiants. Elle permet de révéler des informations sur leur production et d’identifier les itinéraires de trafic.
Pour les stupéfiants issus de plantes (e.g., cannabis, cocaïne, héroïne), les ratios isotopiques renseignent sur les conditions environnementales dans lesquelles les plantes ont poussé. Les variations des conditions d’humidité ont une influence sur les valeurs δ13C, δ18O et δ2H notamment. La richesse en azote des sols va également avoir un impact sur les valeurs δ15N. À partir de ces différentes valeurs, les scientifiques sont capables de déterminer l’origine géographique des stupéfiants (pays, régions, culture en intérieur vs extérieur).
Dans le cas des stupéfiants de synthèse (e.g., méthamphétamine, ecstasy), les ratios isotopiques sont influencés par les réactifs utilisés au cours de la synthèse. Grâce à cela, il est possible d’identifier précisément les laboratoires clandestins à l’origine des produits.
Contestation de documents
Au cours de l’analyse de documents, plusieurs examens peuvent être mis en place. Les experts s’intéressent par exemple aux signatures/écritures manuscrites présentes, cherchent à les dater, identifier leurs auteurs… Mais parmi les analyses, celle consistant à déterminer la source des éléments matériels (e.g., papier, encre) demeure un véritable challenge. De ce fait, l’analyse des isotopes stables apparaît comme une technique intéressante pour y répondre. Contrairement aux domaines présentés précédemment, l’expertise des documents a fait l’objet d’un nombre plus restreint d’études sur ce sujet.
Des chercheurs ont montré le potentiel des isotopes de carbone et d’oxygène contenus dans le papier pour distinguer les fabricants. D’autres études se sont penchées sur l’analyse des isotopes dans les encres (C, N, O et H en particulier). Aux USA, des signatures isotopiques différentes ont été mises en évidence entre des stylos de modèle identique. Ces derniers étaient vendus dans des commerces localisés dans des états différents. Des variations ont également été détectées parmi des stylos d’âges différents. Enfin, il a été possible de distinguer des encres visuellement proches sur des documents en comparant les valeurs δ15N obtenues.
Les difficultés de l’analyse isotopique
L’analyse des isotopes stables nécessite des connaissances spécifiques pour pouvoir interpréter correctement les données obtenues. La partie analytique doit tout d’abord être effectuée par un chimiste qualifié dans ce domaine. L’équipement analytique utilisé doit être correctement calibré pour que les résultats obtenus par différents laboratoires soient comparables (normalisation des résultats). L’interprétation des résultats doit ensuite être menée par un criminaliste connaissant parfaitement le type d’objet analysé en plus de l’analyste chimique. Les connaissances sur les propriétés des objets qui régissent les rapports isotopiques s’acquièrent par des études de populations. Les informations recueillies sont alors consignées au sein de bases de données standardisées, utiles à la phase d’interprétation.
Enfin, même si l’IRMS est une technique très informative, elle doit toujours être appliquée en complément des analyses traditionnelles.
