Microscopies

II.2.1 Microscopie électronique à balayage

La microscopie électronique à balayage (MEB) a servi à observer l’aspect extérieur des cristaux ainsi que leur agglomération (Figure C - 2). Dans le cadre de ce travail, un microscope électronique à balayage à effet de champs (JEOL 6320F) pouvant grossir jusqu’à 650000 fois a été utilisé. Ce microscope, disponible au laboratoire, permet de travailler si nécessaire à basse tension, 1 à 4 kV au lieu de 15 kV habituellement, afin d’éviter de charger la surface des cristaux et de les dégrader. Dans le cas de cristaux organiques, non conducteurs, la métallisation de leur surface par une couche d'or ou de carbone est nécessaire pour leur observation. Cette couche est déposée par sublimation du métal et dépôt de celui-ci sur l'échantillon. Cette étape permet lors de l'observation d’évacuer les charges électroniques produites par le canon à électrons du microscope.

a) b) Figure C - 2 : Photos en microscopie électronique à balayage des cristaux d'irbesartan, a) de la

phase A, b) de la phase B.

II.2.2 Microscopie à force atomique

II.2.2.1 Principe

La microscopie à force atomique a permis d'observer l'état de surface des cristaux obtenus dans différentes conditions. Cette technique permet d'atteindre la même résolution que la microscopie électronique à balayage mais donne une représentation tridimensionnelle de l'objet de façon plus aisée (topographie de la surface). Elle permet d'observer les cristaux en suspension et ne nécessite aucun traitement particulier de la surface cependant il faut que la surface de l'échantillon ne présente pas, dans la direction de l'axe z, de variation supérieures à 10 % de la taille du scanner. Elle apporte des informations sur les mécanismes d'agglomération et de croissance des cristaux. Le microscope utilisé pour cette étude est un Nanoscope III, équipé d'un scanner de 12 ou de 120 µm avec une pointe (Nanoprobe^R) en Si3N4. Dans certaines conditions il est possible d'observer le réseau cristallin.

Cette technique microscopique à champ proche permet de déterminer les propriétés physico-chimiques de l'échantillon (nature des faces, mécanismes de croissance, …) et de travailler de manière in ou ex-situ.

Le principe de fonctionnement du microscope est basé sur la détection des forces interatomiques entre les atomes de l'échantillon et ceux de la pointe du microscope. Les forces exercées sur la pointe augmentent rapidement lorsque celle ci s'approche de la surface. En fonction de cette distance (Figure C - 3), différentes forces interviennent, d'abord les forces à grande distance, supérieures à 1 nm, les forces capillaires, et électrostatiques et de van der Waals, puis les forces de courte distance, inférieures à 1 nm de type Coulombiennes.

Figure C - 3 : forces interagissant entre la pointe du microscope et l'échantillon.

Le balayage de la surface de l'échantillon est réalisé par une pointe associée à un microlevier (cantilever) dont la constante de raideur est très faible et la fréquence de résonance élevée. Les déplacements dans les trois directions de l'espace de l'échantillon sont contrôlés par trois céramiques piézoélectriques (sensibilité inférieure à 1 nm/V).

Figure C - 4 : représentation de la "tête" de l'AFM montrant le fonctionnement de la mesure de la topographie.

Les déplacements de la pointe (Figure C - 4) sont mesurés grâce à un laser focalisé à l'extrémité du levier. La réflexion de celui-ci sur un photodétecteur constitué de quatre (ou deux) cellules photoélectriques permet de détecter les mouvements de la pointe à la surface de l'échantillon.

Plusieurs modes de balayage sont permis en fonction de la nature de l'échantillon et du type d'analyse désirée. Dans cette étude en raison de la nature de l'échantillon, seul le mode non contact est utilisé.

Le mode tapping^R (ou intermittent) est un des deux modes non contact. Il s'agit ici de faire osciller l'échantillon à une fréquence proche de la fréquence de résonance de la pointe et avec une amplitude suffisamment grande afin que la pointe puisse traverser la couche adsorbée à la surface de l'échantillon. La pointe se retrouve donc périodiquement en contact avec l'échantillon, l'oscillation se fait grâce au piézoélectrique situé au niveau du porte échantillon. Lorsque celle-ci est en contact avec l'échantillon, il y a une diminution de l'amplitude d'oscillation. La boucle d'asservissement va alors maintenir l'amplitude d'oscillation et la fréquence constantes en déplaçant verticalement les céramiques du piézoélectrique.

Figure C - 5 : image au MEB d'une préparation pour AFM d'une aiguille d'Irbesartan phase A.

II.2.2.2 Préparation des échantillons

a) Préparation par collage

Les cristaux sont extraits de la suspension par séchage, puis déposés sur une lamelle de verre avant d'être collés par leur extrémités (Figure C - 5) avec de la colle (Cyanolite®). Ils sont rincés à l'eau et séchés rapidement avec de l'air sec avant d'être placés sur le porte échantillon. Le mode tapping® utilisé permet d'éviter les problèmes de friction et d'adhésion de la pointe sur l'échantillon, qui sont rencontrés dans le mode contact, et d'imager des cristaux fragiles.

Cette première méthodologie ne permet pas d'imager les faces terminales des aiguilles en raison de la colle.

Colle Cyanolit® Cristal d'Irbesartan

b) Préparation par nucléation hétérogène de la phase A sur un monocristal de la phase B

Une deuxième technique de préparation est utilisée (Figure C - 6). A partir d'une solution d'Irbesartan dans un mélange propan-2-ol/eau à 60/40 (% massique), des cristaux d'Irbesartan phase B et A se sont formés et ont cru. Certains cristaux d'Irbesartan phase A ont nucléé ou se sont agglomérés sur les cristaux de la phase B déjà présents dans la suspension. Ces cristaux se retrouvent alors suffisamment fixés sur la phase B pour pouvoir être observés. Le cristal de la phase B, qui joue le rôle de support est collé sur le porte échantillon avec de la colle cyanolite®.

Figure C - 6 : image au microscope optique d'une préparation pour AFM d'une aiguille d'Irbesartan phase A

agglomérée sur un cristal de la phase B