Chapitre 3 : Résultats
3. Interface de transformation
Afin de mieux comprendre l’interface entre ces zones d’akaganéite archéologique et les zones d’hématite néoformées, un profil a été effectué en microspectrométrie Raman au niveau d’une interface de transformation de l’échantillon traité 120 minutes. Cette analyse est couplée à la cartographie de distribution élémentaire obtenue par analyses EDS permettant d’obtenir un profil de composition en chlore sur la zone d’intérêt. Les résultats sont présentés dans la Figure 88. La Figure 88a présente un cliché MEB de la zone étudiée associé à la cartographie de distribution en Cl obtenue par analyses EDS. Le profil de composition massique en Cl réalisé sur 20 µm avec un pas de 1 µm est présenté en Figure 88b. Enfin, les spectres Raman associés et obtenus également avec un pas de 1 µm sur la même zone sont observés en Figure 88c.
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Figure 88 : Interface de transformation de l’akaganéite archéologique en hématite, a) cliché MEB-BSE, et cartographie de répartition élémentaire du Cl, b) profil de distribution du taux de chlore massique, EDS (1 x 1 µm2), c) profil de distribution de
phases, spectrométrie Raman.
tout d’abord que le chlore est détecté à un taux massique d’environ 4,5 %(m) uniquement sur la zone dense identifiée sur le cliché MEB présenté en Figure 88a. La zone intermédiaire ne présente pas de chlore, le premier pic de chlore détecté est identifié au point 5 µm du profil comme le montre le spectre EDS de la Figure 88b. Les spectres Raman correspondants à certains points du profil de composition (triangles vides) sont présentés sur la Figure 88c. La zone chlorurée correspond à un signal d’akaganéite seule (points 1 et 5). Ensuite une zone intermédiaire est identifiée notamment sur les spectres 7 et 8 où les pics d’hématite (235 cm-1 et 673 cm-1) s’ajoutent à ceux de l’akaganéite. Enfin, dans la zone supérieure correspondant aux grains nouvellement formés, seule l’hématite est détectée (points 10, 15, 18 et 20).
iv. Morphologies de transformation de l’akaganéite archéologique
Il a été montré précédemment que la phase d’akaganéite archéologique se transforme progressivement en hématite au cours du traitement en conditions subcritiques. On s’intéresse à présent à son évolution morphologique plus particulièrement aux interfaces de transformation pour les échantillons traités entre 2 et 120 minutes lors du processus subcritique.
L’akaganéite archéologique non traitée présente des particules allongées d’environ 1 µm de longueur et de l’ordre de 170 nm de largeur. Le pastillage des échantillons a induit la formation d’agglomérats de particules d’akaganéite plus ou moins denses. Dans un premier temps, il s’agit d’identifier si ces zones plus agglomérées ont été favorisées par l’application du traitement en conditions subcritiques. Pour cela, les surfaces correspondant aux zones agglomérées pour l’ensemble des pastilles traitées ont été comptabilisées.
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Ces zones agglomérées restent présentes pour l’ensemble de la durée du traitement. En revanche, dans les zones peu agglomérées, on observe une évolution morphologique particulière des baguettes d’akaganéite dues à sa transformation progressive.
Pour les durées de traitement les plus courtes (entre 2 et 45 minutes) les particules d’akaganéite sont facilement identifiées. La Figure 89 présente des clichés MEB obtenus en contraste chimique sur les pastilles traitées 10 et 20 minutes.
Figure 89 : Morphologies de particules, akaganéite archéologique après traitement subcritique partiel, a) à 10 minutes, b) à 20 minutes, clichés MEB-BSE.
Des baguettes plus ou moins épaisses sont observées sur la Figure 89a. La Figure 89b présente deux types de particules, des baguettes d’akaganéite et des particules isotropes de dimensions très inférieures à 1 µm. Ces particules sont essentiellement localisées au cœur des pastilles analysées et correspondent à l’hématite formée.
Après 45 minutes de traitement, la morphologie initiale des baguettes d’akaganéite n’est que peu observée dans l’ensemble des pastilles. La Figure 90 présente des clichés MEB obtenus par contraste chimique au sein de l’échantillon traité 90 minutes en conditions subcritiques au niveau d’une interface de transformation de l’akaganéite archéologique en particules d’hématite.
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Figure 90 : Interfaces de transformation de l’akaganéite archéologique dans une zone peu dense, à 90 minutes de traitement, clichés MEB-BSE.
Dans les deux zones identifiées, des baguettes d’akaganéite très fines (< 100 nm de large) sont présentes. Des particules d’hématite de forme cubique plus ou moins bien définies se sont formées. Ces particules sont de tailles variables de l’ordre de quelques centaines de nanomètres. Ces particules néoformées ne sont pas attenantes à celles de l’akaganéite archéologique et que des chemins de formation sont observés au sein des zones de particules en baguettes fines.
Pour les longues durées de traitement, la phase d’akaganéite est identifiée majoritairement au niveau de zones plus denses. La Figure 91 présente une interface entre une zone dense d’akaganéite et une zone d’hématite néoformée, observée dans l’échantillon traité 90 minutes en conditions subcritiques.
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Figure 91 : interface de transformation de l’akaganéite archéologique dans une zone dense, à 90 minutes de traitement, cliché MEB-BSE.
L’interface présentée sur les clichés MEB de la Figure 91 montre la présence de particules denses de tailles irrégulières correspondant à la phase d’hématite en contact avec une zone d’akaganéite en cours de transformation.
Ces zones plus agglomérées présentent une surface développée moins importante que les zones plus poreuses de l’échantillon. Leur réactivité étant plus faible, leur transformation au contact de la solution de traitement est plus lente.
Les résultats ont montré que la phase d’akaganéite évolue morphologiquement et chimiquement avant sa transformation en hématite lors du processus subcritique. On cherche alors à obtenir les informations structurales pour ces deux phases à différents stades du traitement.
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