b.ii.Microsonde électronique

•••• Principe et utilisation

La microsonde électronique utilise le principe de l’émission de rayons X. Un faisceau d’électrons est dirigé sur l’échantillon et interagit avec la matière en réémettant des électrons secondaires et rétrodiffusés ainsi que des photons X. Générés suite au départ d’un électron secondaire, les photons X sont caractéristiques des transitions électroniques de l’atome et donc de sa nature chimique (Reed, 1989). Les photons sont collectés et séparés par un spectromètre en dispersion de longueur d’onde (WDS). La quantité relative de chaque longueur d’onde est comptabilisée et transcrite en poids d’oxydes via des tables de comparaisons édifiées à partir de standards dans les mêmes conditions analytiques (Eberhardt, 1976). La zone d’analyse correspond à un volume d’environ 5 µm³. La microsonde est généralement couplée à un analyseur d’électrons secondaires et rétrodiffusés semblables à ceux d’un MEB. En outre, le rayonnement X peut être utilisé en balayage pour dresser une carte de répartition élémentaire sur une zone définie. Le résultat se traduit par une image en niveaux de gris pour chacun des éléments choisis à analyser.

La microsonde est utilisée sur des sections de roches polies et sur des échantillons minéralogiques en sortie d’expérimentation. La microsonde doit être calibrée en fonction des éléments susceptibles d’être rencontrés dans les échantillons qui sont donc préalablement analysés au MEB.

•••• Matériel utilisé

Les analyses MSE sont réalisées au Service SCMEM de l’Université Henri Poincaré de Nancy, sur une microsonde de type CAMECA SX100 possédant un Canon à électrons (0,2 à 50 kV) à filament de tungstène. Cinq spectromètres à dispersion de longueur d’onde permettent l’analyse des éléments B à U.

••••Conditions analytiques

Pour toutes les analyses, le voltage est de 15 kV et l'intensité de 10 nA pour tous les éléments. Le faisceau électronique incident est fixé à une largeur de 5 µm. Avant l'analyse des échantillons, des standards de minéraux sont utilisés pour chaque élément dosé (Tableau 5).

Elément Standard Na Albite NaAlSi3O8 Mg Olivine (Fe,Mg)2SiO4 Al Corindon Al2O3 Si Orthose KAlSi3O8 P KTi2(PO4)3 S Célestine SrSO4 Cl Choloapatite K Orthose KAlSi3O8 Ca Wollastonite CaSiO3 Ti MnTiO3 Cr Cr2O3 Mn MnTiO3 Fe Hématite Fe2O3 Ni NiO Cu Chalcopyrite CuFeS2 Zn ZnO Ba Hyalophane (Na,K,Ba)Al(Si,Al)3O8 Pb PbS

Tableau 5 : Liste des standards de minéraux utilisés à la microsonde électronique CAMECA SX-100.

La précision analytique et la limite de détection à la microsonde électronique dépendent de la nature de l'élément dosé et de sa concentration (diminuée pour des concentrations élevées). Le Tableau 6 présente un exemple d'analyses effectuées sur la dolomite de fracture de la roche réservoir issue du forage Rousse 1. Ce tableau présente les temps de comptage du pic et du bruit de fond, les concentrations massiques élémentaires, les erreurs relatives de la mesure et les concentrations massiques élémentaires pouvant au minimum être détectées.

Element ^{Temps pic/fond} (secondes) Concentration massique (%pds) Erreur relative (%) Concentration minimale détectable (ppm) Na 10/5 0,00 0,048 598 Mg 10/5 12,43 0,224 388 Al 10/5 0,01 0,042 498 Si 10/5 0,00 0,029 352 Cl 20/10 0,01 0,018 198 K 10/5 0,00 0,05 622 Ca 10/5 23,16 0,922 755 Ti 10/5 0,00 0,07 887 Cr 20/10 0,00 0,037 452 Mn 10/5 0,02 0,062 735 Ni 20/10 0,02 0,156 1872 Fe 10/5 0,00 0,06 724 Ba 10/5 0,00 0,088 1073 Sr 20/10 0,01 0,05 600 S 10/5 0,00 2,086 778

Tableau 6 : Incertitudes sur les mesures à la microsonde électronique SX-100. Exemple d’une analyse sur la dolomite de fracture de la roche réservoir issue du forage de Rousse (4580 m). Les éléments ont été

analysés à 10 nA.

IV.4.1.b.iii. Microscope électronique en transmission

•••• Principe et utilisation

Le microscope électronique en transmission fonctionne sur le même principe d’interaction électron-matière que le MEB ou la microsonde électronique. Cependant, la différence est qu’il collecte le faisceau d’électrons transmis à travers un échantillon de très faible épaisseur (quelques nm à quelques µm). Une image en contraste d’électrons est collectée de l’autre côté sur des lentilles magnétiques et retransmise sur un écran fluorescent de manière à former une image optique observable à l’œil. Les contrastes d’électrons correspondent à leur absorption lors de leur passage dans l’échantillon. Ce phénomène est lié à l’épaisseur de la matière observée, mais aussi à sa chimie. En géologie, le microscope électronique est souvent couplé à un spectromètre EDS afin d’analyser la composition chimique des éléments observés. Le grossissement maximum du M.E.T. est de 5 000 000, permettant l’observation et la photographie fines de la structure cristallographique des minéraux.

•••• Matériel utilisé

Les analyses MET sont réalisées au SCMEM de l’UHP de Nancy sur un MET Phillips CM20 couplé à un spectromètre EDX et à un spectromètre de pertes d'énergie d'électrons transmis (EELS). La tension utilisée est de 200 kV.

IV.4.1.c.Analyses en roche totale (Carignan et al., 2001)

IV.4.1.c.i. ICP-ES et ICP-MS

•••• Utilisation

Les méthodes spectrométriques d'émission plasma à couplage inductif (ICP) sont utilisées pour analyser les proportions élémentaires relatives d’un échantillon solide ou liquide. Les éléments sont dosés selon deux méthodes :

Les éléments majeurs (Si, Al, Fe total, Mn, Mg, Ca, Na, K, Ti et P) et le scandium sont analysés simultanément par spectrométrie d’émission multi-élémentaire (ICP-ES). Les éléments plus discrets comme les éléments traces et les terres rares (As, Ba, Be, Bi, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Dy, Er, Eu, Ga, Gd, Ge, Hf, Ho, La, Lu, Mo, Nb, Nd, Ni, Pb, Pr, Rb, Sb, Sm, Sn, Sr, Ta, Tb, Th, Tl, Tm, U, V, W, Y, Yb, Zn, Zr) sont dosés par spectrométrie de masse (ICP-MS).

•••• Mode de préparation des échantillons

Les analyses sont effectuées au Service d’Analyses des Roches et Minéraux (SARM) du laboratoire CRPG à Nancy. La roche est porphyrisée puis ajoutée à une poudre de LiBO2

selon un ratio massique 1 pour 16. Le mélange est fondu à 1080°C, et le verre obtenu est dissous dans une solution d’acide nitrique, eau oxygénée, glycérol et eau distillée. Les solutions obtenues sont analysées dans les appareils ICP-MS et ICP-ES.

•••• Matériel utilisé

Le SARM est équipé d’ICP-ES Jobin-Yvon JY 70 type II pour le dosage des éléments majeurs et d'un ICP-MS Perkin-Elmer Elan 5000 pour le dosage des traces.