Exploration of the contribution of isotope ratio mass spectrometry to the investigation of explosives: A study of black powders and ammonium nitrate fertilisers

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Etat: Serval
Version: Après imprimatur
ID Serval
serval:BIB_2E38D0BFD122
Type
Thèse: thèse de doctorat.
Collection
Publications
Titre
Exploration of the contribution of isotope ratio mass spectrometry to the investigation of explosives: A study of black powders and ammonium nitrate fertilisers
Auteur(s)
Gentile N.
Directeur(s)
Delémont  O.
Institution
Université de Lausanne, Faculté de droit et des sciences criminelles
Adresse
Institut de Police Scientifique Ecole des Sciences Criminelles bâtiment BatochimeUniversité de Lausanne 1015 Dorigny
ISBN
2-940098-64-6
Statut éditorial
Acceptée
Date de publication
2014
Langue
anglais
Nombre de pages
370
Résumé
The increasing number of bomb attacks involving improvised explosive devices,
as well as the nature of the explosives, give rise to concern among safety and law
enforcement agencies. The substances used in explosive charges are often everyday
products diverted from their primary licit applications. Thus, reducing or limiting
their accessibility for prevention purposes is difficult. Ammonium nitrate, employed
in agriculture as a fertiliser, is used worldwide in small and large homemade bombs.
Black powder, dedicated to hunting and shooting sports, is used illegally as a filling
in pipe bombs causing extensive damage.
If the main developments of instrumental techniques in explosive analysis
have been constantly pushing the limits of detection, their actual contribution
to the investigation of explosives in terms of source discrimination is limited.
Forensic science has seen the emergence of a new technology, isotope ratio mass
spectrometry (IRMS), that shows promising results. Its very first application in
forensic science dates back to 1979. Liu et al. analysed cannabis plants coming
from different countries [Liu et al. 1979]. This preliminary study highlighted its
potential to discriminate specimens coming from different sources. Thirty years
later, the keen interest in this new technology has given rise to a flourishing
number of publications in forensic science. The countless applications of IRMS
to a wide range of materials and substances attest to its success and suggest that
the technique is ready to be used in forensic science. However, many studies are
characterised by a lack of methodology and fundamental data. They have been
undertaken in a top-down approach, applying this technique in an exploratory
manner on a restricted sampling. This manner of procedure often does not allow
the researcher to answer a number of questions, such as: do the specimens come
from the same source, what do we mean by source or what is the inherent variability
of a substance? The production of positive results has prevailed at the expense of
forensic fundamentals.
This research focused on the evaluation of the contribution of the information
provided by isotopic analysis to the investigation of explosives. More specifically,
this evaluation was based on a sampling of black powders and ammonium nitrate
fertilisers coming from known sources. Not only has the methodology developed
in this work enabled us to highlight crucial elements inherent to the methods
themselves, but also to evaluate both the longitudinal and transversal variabilities
of the information. First, the study of the variability of the profile over time was
undertaken. Secondly, the variability of black powders and ammonium nitrate
fertilisers within the same source and between different sources was evaluated.
The contribution of this information to the investigation of explosives was then
evaluated and discussed.
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Le nombre croissant d'attentats à la bombe impliquant des engins explosifs artisanaux,
ainsi que la nature des charges explosives, constituent une préoccupation
majeure pour les autorités d'application de la loi et les organismes de sécurité.
Les substances utilisées dans les charges explosives sont souvent des produits du
quotidien, détournés de leurs applications licites. Par conséquent, réduire ou limiter
l'accessibilité de ces produits dans un but de prévention est difficile. Le nitrate
d'ammonium, employé dans l'agriculture comme engrais, est utilisé dans des petits
et grands engins explosifs artisanaux. La poudre noire, initialement dédiée à la
chasse et au tir sportif, est fréquemment utilisée comme charge explosive dans les
pipe bombs, qui causent des dommages importants.
Si les développements des techniques d'analyse des explosifs n'ont cessé de
repousser les limites de détection, leur contribution réelle à l'investigation des explosifs
est limitée en termes de discrimination de sources. Une nouvelle technologie
qui donne des résultats prometteurs a fait son apparition en science forensique: la
spectrométrie de masse à rapport isotopique (IRMS). Sa première application en
science forensique remonte à 1979. Liu et al. ont analysé des plants de cannabis
provenant de différents pays [Liu et al. 1979]. Cette étude préliminaire, basée
sur quelques analyses, a mis en évidence le potentiel de l'IRMS à discriminer
des spécimens provenant de sources différentes. Trente ans plus tard, l'intérêt
marqué pour cette nouvelle technologie en science forensique se traduit par un
nombre florissant de publications. Les innombrables applications de l'IRMS à une
large gamme de matériaux et de substances attestent de son succès et suggèrent
que la technique est prête à être utilisée en science forensique. Cependant, de
nombreuses études sont caractérisées par un manque de méthodologie et de données
fondamentales. Elles ont été menées sans définir les hypothèses de recherche et en
appliquant cette technique de façon exploratoire sur un échantillonnage restreint.
Cette manière de procéder ne permet souvent pas au chercheur de répondre à
un certain nombre de questions, tels que: est-ce que deux spécimens proviennent
de la même source, qu'entend-on par source ou encore quelle est l'intravariabilité
d'une substance? La production de résultats positifs a prévalu au détriment des
fondamentaux de science forensique.
Cette recherche s'est attachée à évaluer la contribution réelle de l'information
isotopique dans les investigations en matière d'explosifs. Plus particulièrement,
cette évaluation s'est basée sur un échantillonnage constitué de poudres noires
et d'engrais à base de nitrate d'ammonium provenant de sources connues. La
méthodologie développée dans ce travail a permis non seulement de mettre en
évidence des éléments cruciaux relatifs à la méthode d'analyse elle-même, mais
également d'évaluer la variabilité de l'information isotopique d'un point de vue longitudinal et transversal.
Dans un premier temps, l'évolution du profil en fonction du temps a été étudiée.
Dans un second temps, la variabilité du profil des poudres noires et
des engrais à base de nitrate d'ammonium au sein d'une même source et
entre différentes sources a été évaluée. La contribution de cette information dans le
cadre des investigations d'explosifs a ensuite été discutée et évaluée.
Mots-clé
IRMS isotope ratio mass spectrometry explosives
Création de la notice
20/02/2014 17:32
Dernière modification de la notice
03/03/2018 15:30
Données d'usage