Grains avec vernis de surface

Les grains avec une pellicule superficielle de composition chimique diff´erente ont ´et´e simul´es de deux mani`eres diff´erentes. Tout d’abord, les grains basaltiques de JSC-L ont ´et´e recouverts de poudre d’h´ematite (Fe2O3) tr`es fine (< 5 µm). De la mˆeme mani`ere que la poussi`ere recouvre les roches mar-

tiennes, ces particules d’h´ematite ont adh´er´e aux grains basaltiques en raison de leur tr`es fine taille. Cette technique a cependant l’inconv´enient de produire parfois une couverture de revˆetement non-homog`ene entre les grains, `a moins que la saturation en h´ematite ne soit atteinte (i.e., qu’un r´esidu d’h´ematite non adh´er´e est obtenu apr`es m´elange). Une seule concentration de 5 wt.% d’h´ematite a ´et´e utilis´ee, avec des grains de JSC-L d’une taille comprise entre 0.5 et 1 mm. D’autres concentrations, inf´erieures et sup´erieures `a 5 wt.% pour l’h´ematite, ont donn´e respectivement une couverture de revˆetement tr`es h´et´erog`ene ou des r´esidus d’h´ematite non adh´er´es aux grains importants.

La seconde m´ethode permet un meilleur contrˆole du mat´eriau d´epos´e et sera la m´ethode prin- cipalement retenue et la plus d´evelopp´ee aux diff´erents ´echantillons. Cette technique consiste `a pr´ecipiter diff´erentes concentrations de sulfate de magn´esium `a la surface des grains de JSC-L `a partir d’une solution aqueuse. Tout d’abord, la kies´erite a ´et´e dissoute dans 10 ml d’eau distill´ee. Ensuite, la saturation en sulfate de la solution est r´ealis´ee en chauffant la solution dans un four `a 90◦C pendant plusieurs heures, jusqu’`a son ´evaporation compl`ete. Afin d’´eviter au maximum la pr´ecipitation du sulfate de magn´esium sur les bords du r´ecipient, un verre de montre (tapiss´e de grains) est utilis´e pour minimiser la surface de contact. Trois classes granulom´etriques de grains sont ´egalement utilis´ees comme substrat servant `a la nucl´eation du sulfate de magn´esium : 125-250 ; 250-500 et 500-1000 µm. `A la diff´erence des m´elanges m´ecaniques, la fraction la plus fine (< 45 µm) n’a pas ´et´e utilis´ee, car la r´eduction de la porosit´e inter- grains ne permet plus une circulation efficace du fluide et conduit `a former des d´epˆots tr`es inhomog`enes. Une premi`ere s´erie d’´echantillons comprenant des concentrations de 1.5, 5 et 15 wt. % de sulfate de magn´esium pr´ecipit´ee `a la surface des grains de taille 250-500 µm a ´et´e r´ealis´ee (e.g., Figure 3.3). Les proportions massiques sont exprim´ees ici par rapport au poids de l’´echantillon final incluant JSC-L et sulfate, et en utilisant l’hydratation de la kies´erite comme r´ef´erence pour le sulfate. Nous verrons par la suite que, quelle que soit la concentration de sulfate utilis´ee pour une granulom´etrie donn´ee, les r´esultats et conclusions sont identiques. Par cons´equent, ´etant donn´e que le protocole exp´erimental est d´elicat et chronophage, seules des concentrations de 1.5 et 15 wt.% de sulfate de magn´esium ont ´et´e utilis´ees pour les granulom´etries 125-250 et 500-1000 µm.

Figure 3.3 – Images acquises avec une loupe binoculaire (Leica S8 APO) pour a) des grains de JSC-L sans vernis (0.5-1 mm). Ces mˆemes grains de JSC-L avec b) 1.5 wt.%, c) 15 wt.% de sulfate de magn´esium, et d) 5 wt.% d’h´ematite.

Les taux de recouvrement des grains de JSC-L par le sulfate de magn´esium ou l’h´ematite ont ´et´e estim´es par imagerie. Les images ont ´et´e acquises avec un st´er´eo-microscope Leica S8 APO montrant des grains choisis au hasard (au moins 2 images incluant plusieurs dizaines de grains par image) pour chaque ´

echantillon. Chaque pixel de l’image est ensuite filtr´e en fonction de ses composantes rouge, verte et bleue (Figure 3.4). Un grain de JSC-L t´emoin (sans d´epˆot de sulfate ou d’h´ematite) sert `a identifier la couleur RVB de r´ef´erence des surfaces non couvertes. Une fois le fond de l’image soustrait, le ratio entre le nombre de pixels appartenant aux grains et le nombre de pixels appartenant aux d´epˆots permet d’estimer un taux de couverture moyen des grains. Ces taux de couverture moyens pour chaque concentration de sulfate et chaque taille de grain sont donn´es dans le Tableau 3.2. `A titre d’exemple, pour 1.5 wt.% de d´epˆots de sulfate, moins de la moiti´e (∼40%) de la surface des grains est en moyenne recouverte. En revanche, pour 15 wt.% de sulfate utilis´e, le taux de couverture atteint ∼70-80%. Un ordre de grandeur de l’´epaisseur des revˆetements de sulfate (pour le m´elange 15 wt.% MgSO4·nH2O) a ´et´e estim´e en mesurant, grˆace `a un

microscope confocal, diff´erents plans de mise au point entre la surface du grain basaltique et la surface du d´epˆot de sulfate. L’´epaisseur estim´ee du d´epˆot est comprise entre 5 et 15 µm pour cette concentration de sulfate. Cette estimation n’est qu’approximative, car l’´epaisseur du revˆetement n’est probablement pas homog`ene sur tout le grain, et est susceptible de varier entre diff´erents grains, mais nous verrons lors de la discussion des r´esultats que cette ´epaisseur, et la profondeur d’ablation LIBS qui en d´ecoule est coh´erente avec la litt´erature.

Figure 3.4 – Exemple du traitement des images permettant d’estimer le taux de couverture moyen des grains avec a) image sans correction, b) image dont le fond est soustrait de l’image (en bleu), c) les surfaces non couvertes de sulfates (en vert) identifi´ees `a l’aide de grains de JSC-L t´emoins (`a droite de l’image). Le ratio des pixels couvert/non-couvert permet de d´eterminer un taux de couverture moyen.

Mg-sulfate (1.5 wt. %) Mg-sulfate (5 wt. %) Mg-sulfate (15 wt. %) H´ematite (5 wt. %) 125-250 µm 39.21 69.16 - 250-500 µm 38.20 55.91 75.11 - 0.5-1 mm 37.06 - 79.33 97.89

Tableau 3.2 – Taux de couverture moyen (en % de surface) `a la surface des grains de JSC-L suivant leur granulom´etrie et la quantit´e de sulfate de magn´esium ou d’h´ematite utilis´ee dans l’exp´erience.