Étude préliminaire : Le choix des paramètres d’acquisitions

Comme exposé dans la problématique, l’objectif est d’analyser des régions suffisamment grandes, de façon quantitative, avec une résolution spatiale permettant de dissocier les différents grains présents dans la matrice. Partant de ce principe nous avons dans un premier temps considéré les possibilités de la microscopie électronique pour résoudre ces spécifications. Nous montrerons que les développements des nouvelles sources des MEB et de leur détecteur, mais aussi leur facilité d’utilisation et leur présence quasi- systématique dans les laboratoires en font une technique appropriée pour le développement de notre méthodologie.

3.2.1. Les nouvelles sources FEG et les détecteurs SDD

Depuis l’apparition des sources FEG et des détecteurs SDD avec une grande surface de collecte, il est désormais possible de travailler à de plus faibles tensions d’accélération tout en conservant un nombre de coups important et un bon rapport signal/bruit. La diminution de la tension d’accélération va limiter la poire d’interaction avec le volume. Cette évolution technologique permet d’obtenir des cartographies X à plus haute résolution spatiale tout en analysant des surfaces assez larges pour être représentatives de l’échantillon. Les basses tensions étaient généralement peu utilisées, car elles nécessitaient des temps d’analyse longs pour pallier à la diminution du nombre d’ionisations. Cette caractéristique du MEB peut aujourd’hui être mieux utilisée si les paramètres du microscope sont correctement ajustés pour obtenir le meilleur rendement entre temps d’acquisition, signal/bruit et surface analysée.

3.2.2. Le volume d’interaction et le choix de la tension d’accélération

La diminution de la tension d’accélération se traduit par une diminution du volume d’interaction, car le libre parcours moyen dans un matériel dépend fortement de l’énergie incidente du faisceau électronique. Une tension d’accélération inférieure aux conditions usuelles d’analyses (15-20 keV) permettra donc de limiter le nombre de limiter le volume analysé et ainsi de gagner en résolution spatiale. Cependant diminuer la tension d’accélération va aussi provoquer l’extinction des raies caractéristiques de plus hautes énergies (Figure 3.1). En effet, l’énergie incidente du faisceau électronique doit être supérieure au seuil d’ionisation du niveau électronique considéré pour qu’il y ait production de photon X (Figure 2.3). Cette limitation est forte, car elle implique de ne travailler qu’avec des raies d’émission de faible énergie. Les éléments qui ont un haut numéro atomique (par exemple le fer) ne présentent pas de réel problème, car les raies L de plus basses énergies ne sont pas convoluées avec d’autres lignes et peuvent être analysées. En revanche d’autres éléments comme le calcium voient leur ligne Lα se convoluer avec des lignes bien plus intenses (celle du C et du O). Il est donc nécessaire d’exciter (au moins en partie) leurs raies K. Sans cette raie la reconnaissance de phase pourrait être compromise et les carbonates par exemple seraient confondus avec l’époxy de la section. Cette limitation implique de travailler avec des tensions d’accélération au moins égale ou supérieure à 5 keV. La résolution spatiale reste donc limitée par les processus physiques et les éléments présents dans l’échantillon.

Chapitre 3 : Une nouvelle méthodologie pour l’analyse des assemblages à grains fins

93 Figure 3.1 : En haut, simulation Monte-Carlo de la diffusion des électrons dans un phyllosilicate en utilisant le logiciel Casino® (Drouin et al., 2007). À plus faible tension, le volume échantillonné diminue. En bas les spectres correspondants. À plus basse tension, les pics de hautes énergies (>3 keV) ne sont plus émis.

Avec cette tension, tous les éléments nécessaires à la reconnaissance des différentes phases sont visibles sur le spectre EDX. Malgré tout, cette même limitation nous a poussés à travailler ultérieurement (dans les prochains chapitres) à 6 keV pour obtenir un signal/bruit plus important sur la raie Ca-Kα et améliorer les procédures de traitement de données (voir section 3.4 Article chemical geology).

Dans ces conditions de faible tension d’accélération, le volume analysé est significativement réduit. Ce volume d’interaction est dépendant de la chimie de la phase, de sa densité et de l’élément émis. Pour estimer ces volumes d’interactions, nous avons réalisé des modélisations Monte-Carlo en utilisant le logiciel NIST DTSA II (Ritchie, 2009). Ces modélisations révèlent qu’à 5 keV, les phases les plus denses (les grains de métal, =7.9 g/cm3_{) présentent des poires d’analyses de 0.003 µm3 alors qu’un phyllosilicate} (avec une densité de 2.6 g/cm3_{) présente une poire plus large avec une résolution minimale (cas extrême} rencontré dans les matrices) de 0.040 µm3. Sur les nanosulfures, le volume d’interaction est de 0.011 µm3 (soit une profondeur maximum d’émission de 120 nm).

3.2.3. Le couplage avec la microsonde

La quantification EDX au MEB est de plus en plus utilisée et les progrès faits sur les corrections d’absorptions et la déconvolution des pics permettent aujourd’hui d’obtenir des valeurs de concentration d’une précision inférieure à 5% (Newbury and Ritchie, 2014). Néanmoins, l’utilisation d’une faible tension va nécessiter la définition de nouveau k-facteurs et complexifier les procédures de quantification. En effet, les problèmes de superpositions des pics à basse énergie devront être désormais nécessairement

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94 solutionnés puisque les raies alternatives de plus hautes énergies ne seront pas disponibles pour la quantification. Pour pallier à ces difficultés de quantification, nous avons mis en œuvre un couplage avec la microsonde. Ce couplage donne la possibilité d’obtenir la composition chimique de chaque phase à la microsonde (en utilisant des grains de référence) et une bonne reconnaissance de phase au MEB-EDX (à faible voltage) et permettra d’obtenir de nombreux paramètres sur la fabrique et l’abondance des phases.

3.2.4. Le nombre de coups et le temps d’analyse

Pour que la méthode soit efficace, il faut qu’elle soit non destructive, et relativement rapide à en termes de temps d’analyse. Les matrices des météorites et notamment la partie fine constituée de phyllosilicates, d’amorphes et de matière organiques sont des matériaux sensibles au faisceau électronique. Une trop forte intensité pourrait amorphiser, volatiliser certaines espèces chimiques ou dégrader la matière par irradiation. D’un autre côté, une intensité trop faible donnerait un signal/bruit insuffisant ou demanderait un temps d’analyse plus conséquent. Nos différents essais nous ont permis de constater une faible dégradation sous le faisceau et un bon signal sur bruit avec une intensité de 1nA et une durée d’analyse de 12 à 14 h (environ une nuit).

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