L’inclusion est une étape importante dans la réalisation de sections fines par la technique de l’ultramicrotomie de matériaux dispersés ou même de couches minces. Elle permet d'une part, de maintenir la cohésion d’un matériau multiphasé, et, d'autre part, d’obtenir un bloc compact d’un échantillon dispersé qu’on souhaite étudier. De plus l’enrobage protège les surfaces fragiles du matériau. Cette technique permet de choisir une orientation préférentielle du plan de coupe grâce au positionnement de l’échantillon à l’intérieur du bloc (coupe transverse ou plane- longitudinale). Par ailleurs, le choix de la résine est important car elle doit respecter certains critères comme avoir une dureté proche de celle de l’échantillon, avoir une forte interaction avec la surface de celui-ci ou encore être inoffensif pour le matériau. Il existe un grand nombre de types de résines, les plus utilisées sont des époxy qui sont apolaires et peuvent polymériser à température ambiante ou à relativement basse température (50°C à 120°C). Les résines acryliques sont le plus souvent polaires et polymérisables aux UV à température ambiante ou à froid (+4°C). Le choix de la résine dépend des propriétés du matériau et de la technique de préparation choisie. Nous avons développé au laboratoire la synthèse de résines époxy avec différentes duretés (tableau 3).
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Tableau 3 : recettes pour fabriquer des résines à différentes duretés et viscosités.
Dans le tableau 3, nous présentons différentes « recettes » pour élaborer des résines avec différentes dureté et viscosités selon les caractéristiques du matériau que nous voulons enrober. Exemple pour un matériau avec une dureté moyenne (entre 3 et 5) nous utilisons le mélange avec l’Araldyte avec 3% de BDMA du volume total du mélange. Nous pouvons augmenter la viscosité et réduire la dureté des autres mélanges en ajoutant entre 5% et 10% de dibutyle phtalate. Une fois la résine voulue obtenue nous procédons à l’encapsulation (voir figure 9).
Figure 9 : Préparation du bloc de résine avec le matériau par la technique du sandwich
Dans la figure 9 ci-dessus, on présente les différentes conditions d’enrobage. En effet, la technique se pratique directement sur l’échantillon propre et sec. Cela consiste à placer l’échantillon de petite taille, de 0,1 à 1mm3 selon le matériau, dans un moule ou une gélule que l’on remplit d’une solution de résine liquide. Dans la technique du sandwich nous remplissons la moitié du moule avec de la résine, après
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polymérisation de cette dernière nous déposons la poudre à sa surface et nous remplissons l’autre moitié avec la même résine. Ensuite, pour l’enrobage plusieurs méthodes sont possibles. En effet, le choix de la résine dépend des caractéristiques physiques du matériau tel que sa dureté, sa structure interne (poreux ou non) et de sa réactivité. Il est très important que la dureté de la résine soit la plus proche possible de celle du matériau pour présenter le même comportement mécanique lors de la coupe et ainsi éviter la formation d’artefacts dus à la différence de dureté. Par exemple, pour les matériaux présentant de la microporosité on prendra une résine avec une viscosité faible, proche de celle de l’eau, et pour la faire pénétrer dans les pores nous utilisons soit l’enrobage sous vide pour obtenir une bonne adhérence résine-échantillon ou soit la technique sous pression pour réussir à faire pénétrer la résine à l’intérieur du matériau. Pour concentrer les matériaux lorsque nous utilisons des gélules, une centrifugation est parfois nécessaire.
Une fois le bloc obtenu nous procédons à la préparation d’une pyramide tronquée contenant l’échantillon. Dans une première étape on réalise à la lame de rasoir une pyramide tronquée avec comme sommet un trapèze (voir figure 10).
Figure 10 : Préparation de la pyramide tronquée à l’aide d’un rasoir. (b) Vue du sommet de la pyramide tronquée ; direction de coupe de l’arrête A vers l’arrête B plus petite.
Cette forme trapézoïdale est constituée d’une première arrête (A) rencontrée par le couteau large de 300 µm et se termine par une arrête (B) de 200 µm. L’intérêt de cette forme est de permettre en cours de coupe une diminution de la section ce qui a pour conséquence d’abaisser progressivement la force nécessaire pour la réaliser. Cette démarche permet de diminuer les artefacts sur les coupes (voir figure 10). Une fois la pyramide obtenue, nous passons à l’étape de découpe. Pour chaque échantillon nous devons réaliser plusieurs tests pour trouver les conditions optimales de coupe (vitesse de coupe, épaisseur des sections, orientation) et ainsi obtenir des sections homogènes sans artefacts.
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Figure 11 : réalisation des sections et récupération sur une grille avec membrane de carbone.
La lame qui effectue les coupes sur la pyramide est constituée de diamant qui est le matériau le plus dur sur Terre. Sur la figure 12, on présente les différents couteaux diamants utilisées dans nos préparations. Une fois obtenues, les coupes glissent sur la lame et se déposent à la surface du liquide contenue dans la coupelle de récupération ou elles sont maintenues en surface par la tension superficielle.
Figure 12 : représentations schématique des différents couteaux diamant utilisés pour réaliser les sections ultrafines. (A) couteau diamant standard de 2mm de large et un angle de 45° avec cuve, (B) couteau ultra sonic vibrant, (C) cryo-couteau pour couper à froid et (D) cryo-trimer pour la préparation de la pyramide à froid.
L’étape suivante est la récupération manuelle des coupes qui sont regroupées et orientées à l’aide d’un cil à la surface du liquide de la coupelle. Cette récupération se fait par contact avec la face « brillante » d’une grille MET tenue dans une pince brucelle (voir figure 11).