Visite à l'Institut Carnot de Bourgogne

La nouveauté 2009-2010
Frederic Labaune
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Visite à l'Institut Carnot de Bourgogne

Messagepar Frederic Labaune » 31 oct. 2010, 10:22

01 - Image
(mais qu'est-ce donc ?)

(ça change des grands espaces US :? )
Fred SVT inside

Frederic Labaune
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Re: Visite à l'Institut Carnot de Bourgogne

Messagepar Frederic Labaune » 31 oct. 2010, 10:23

Dans le cadre de la Fête de la Science, j’ai accompagné une classe de Seconde à l’Institut Carnot de Bourgogne.
Différentes machines de visualisation de l’infiniment petit nous ont été montrés.

Le microscope à champ de force atomique
Un dérivé du microscope à effet tunnel (lien)

02 - Image

Une pointe extrêmement fine va suivre de très près la surface d’un échantillon. Par attraction/répulsion des atomes entre eux, la pointe va osciller et la déviation du levier est mesurée par un faisceau laser.

03 - Image
(en rouge, le faisceau laser... à droite, la pointe... enfin, ce qui porte la pointe, invisible à l'oeil nu)

Nous avons vu des images en 3D de surface d’un échantillon de la matière sur laquelle le labo travaillait (du béton) et aussi une vue de la grille d’étalonnage. Superbe et assez inimaginable… on compte les atomes.
On peut ainsi explorer des surfaces de toutes natures (à la différence du microscope à effet tunnel, l’AFM permet d’étudier des objets non conducteurs, comme des protéines, de l’ADN…)

Le Microscope Electronique à Balayage
Principe

04 - Image
(en grande taille ICI)

Le principe est de produire un faisceau d’électrons, en appliquant à un « filament » de tungstène (plié pour former une pointe de quelques atomes) une tension électrique de plusieurs dizaines de milliers de volts. Ces électrons (primaires) sont ensuite accélérés (canon à électrons), focalisés par des electroaimants. Ils vont balayer la surface de l’échantillon qui doit conduire l’électricité (ils sont donc métallisés, couverts de carbone, le cas échéant). On détecte des électrons secondaires, "renvoyés" par l’échantillon.
Un spectromètre permet aussi d’analyser la composition des surfaces observées, atome après atome.
Nous avons vu différentes choses, des grains de pollen, une drosophile, un circuit de microprocesseur… tout ça monté sur une platine tournante, robotisée et pilotable dans les trois dimensions. Le changement de grossissement était rapide et spectaculaire.
Certains modèles permettent maintenant d’observer des sujets encore vivants, sans nécessité de déshydratation (à pression atmosphérique) - Lien vers de images (superbes), lien vers le principe.

Le Microscope Electronique à Transmission
Nous avons vu deux modèles. Le plus puissant peut atteindre une résolution de 0,19 nanomètres (1,9 Angstöm – à ce qu’il parait, ça ne se dit plus)

05 - Image
(en arrière-plan – à gauche, sur la photo la génératrice qui permet d’augmenter le voltage à plusieurs dizaines de milliers de volts pour la source d’électrons)

Le second a une résolution « moindre » 0,25 nm.

06 - Image

Les images s’affichent sur un écran phosphorescent

07 - Image
(ou bien sûr sur une plaque photo ou encore est détectée par une caméra numérique)

Nous avons pu voir des images montrant des réseaux cristallins de particules d’or dans du verre… Nous sommes vraiment au cœur de la matière.

Le troisième appareil est un Diffractomètre à Rayons X.

08 - Image

C’est une technique d'analyse basée sur la diffraction des rayons X sur la matière cristallisée. Les données collectées forment le diagramme de diffraction ou diffractogramme. Son analyse permet de rendre compte de l’arrangement des atomes au sein de la structure de la matière. C’est un procédé non destructif… enfin, le travail se fait plutôt sur des poudres qui sont placées dans un disque (le rond au centre) et le tas doit être le plus plat possible. Une source de rayons X envoie un faisceau sur l’échantillon et en face, un capteur. Source et capteur sont montés sur un système capable de gérer des angles au millième de degrés.

09 - Image

Au bout du compte, on observe des pics qui correspondent à des atomes et à leurs espacements (réseaux cristallins). Il n’y a plus qu’à comparer avec une base de données.
Il faut que la matière soit cristallisée (ou contienne des particules cristallisées) mais l’analyse est d’une précision redoutable. L’appareil est par ailleurs moins coûteux qu’un MET ou un MEB… mais on ne voit pas d’image, c’est moins glam.

La dernière salle où nous sommes allés comportaient deux énormes machines étincelantes, des Spectromètres de Masse d’ions secondaires.

10 - Image

On pulvérise des ions (primaires) sur la surface à analyser. Ces ions (argon, xénon, oxygène, césium ou gallium) cèdent leur énergie aux espèces constituant les premières couches atomiques de l'échantillon. La pulvérisation génère, entre autres, des ions secondaires qui sont filtrés par un spectromètre de masse et détectés. Les ions sont séparés selon leur rapport masse sur charge. Le résultat obtenu est un spectre dont l’analyse permet d’atteindre la composition élémentaire de surface de l’échantillon.

11 - Image

Ces engins sont impressionnants car il faut aussi qu’ils résistent à un vide quasi absolu (il ne faut pas non plus analyser les atomes de l’air ambiant). La technique est destructive puisque le bombardement laisse des traces sur quelques micromètres de profondeur.
Elle permet là aussi, d’analyser la qualité des surfaces, des traitements appliqués (placage d’or, additifs en métallurgie…), des liants pour certains matériaux.
Là non plus, quasiment pas d’images… enfin, si… quelque soit la technique, le MEB vient souvent à la rescousse pour voir en réel les échantillons (des poudres, le trou fait par le spectromètre à ions primaires…)

* une partie des explications sur le fonctionnement de ces appareils a été reprise du document envoyé avant la visite - je remercie par ailleurs les chercheurs qui nous ont consacré du temps *
** si certaines de ces photos vous intéressent, je peux vous envoyer des liens vers des images de plus grande taille **
Fred SVT inside

Frederic Labaune
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Re: Visite à l'Institut Carnot de Bourgogne

Messagepar Frederic Labaune » 31 oct. 2010, 10:28

Frederic Labaune a écrit :Le Microscope Electronique à Balayage
Le principe est de produire un faisceau d’électrons, en appliquant à un « filament » de tungstène (plié pour former une pointe de quelques atomes) une tension électrique de plusieurs dizaines de milliers de volts. Ces électrons (primaires) sont ensuite accélérés (canon à électrons), focalisés par des electroaimants. Ils vont balayer la surface de l’échantillon qui doit conduire l’électricité (ils sont donc métallisés, couverts de carbone, le cas échéant). On détecte des électrons secondaires, "renvoyés" par l’échantillon.
Un spectromètre permet aussi d’analyser la composition des surfaces observées, atome après atome.

Ajout par internaute qui utilise ce genre de machine couramment

Les électrons primaires réagissent avec la matière donc avec les atomes présents dans l'échantillon et arrachent des électrons qui gravitent autour des noyaux de ces atomes. Ces électrons qu'on nomme e- secondaires pour les différencier, ne sont pas renvoyés comme en optique par réflexion mais bien par arrachement, par interaction e- primaire - échantillon. Il y a d'autres interactions : les électrons rétrodiffusés, et les photons X que l'on va détecter pour connaitre la nature des atomes présents sous le faisceau que Fred parle. il y a encore d'autres interactions selon la spécialité dans laquelle on travaille. Mais à chaque interaction identifiée, il faut acheter un détecteur 10000€ pour les moins chers, ce qui rend un appareil relativement cher 130000€ en entrée de gamme.


Merci à lui.
Si vous avez d'autres correctifs...
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