Minéralogie, porosité et diffusion des solutés dans l'argilite du ...

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169 CHAPITRE 5 1.5 La cartographie élémentaire par microsonde électronique Le principe de base de l’analyse élémentaire en microsonde électronique (EPMA : Electron MicroProbe Analysis) est l’étude du spectre d’émission des rayons X produits lors de l’interaction du faisceau d’électronique avec la matière (c. à d. phénomène de fluorescence X) (Castaing, 1951). Le spectre de rayons X est caractérisé par des raies d’émission caractéristiques de chaque élément ayant interagi. Deux types de systèmes permettent de détecter ces raies d’émissions (i) le système EDS (Energie Dispersive Spectometry) qui enregistre l’ensemble du spectre de rayons X et (ii) le système WDS (Wavelength Dispersive Spectometry) qui analyse une seule raie d’émission. Le système WDS est basé sur la loi de Bragg et identifie l’énergie de rayons X par leur longueur d’ondes. L’utilisation de monochromateurs de différentes tailles de maille cristalline permet d’analyser la majeure partie des éléments dont le numéro atomique est supérieur à 6. Le système WDS est majoritairement utilisé pour l’analyse quantitative des concentrations élémentaires, car il permet d’obtenir un meilleur rapport signal sur bruit et une meilleure discrimination des raies d’émission (Reed, 2005). Par comparaison de l’intensité de chaque raie avec celles de standards de phases pures, la concentration en chaque espèce contenue dans la zone d’analyse peut être déterminée. La procédure quantitative nécessite d’enregistrer la majeure partie des éléments de la zone d’étude (Merlet and Bodinier, 1990). Les analyses en microsonde électronique ont été réalisées au centre de microanalyses Camparis de l’Université de Pierre et Marie C urie (Paris) en collaboration avec Michel Fialin et Fréderic Couffignal. Celles-ci ont été réalisées avec une microsonde Cameca SX100 équipée de 4 détecteurs WDS. Pour la détection des éléments en concentrations majeurs et mineurs, 8 éléments ont été considérés (Si, Al, K, Ca, Fe, Na, Ti, Mg). Une tension d’accélération de 15 kV et un courant sonde de 30 nA ont été utilisés. Ces conditions sont généralement employées pour l’analyse quantitative élémentaire en routine des concentrations majeures et mineures. Pour la détection du C u en trace, une tension d’accélération de 30 kV et un courant de 500 nA (limite supérieure de l’appareil) ont été appliqués. L’augmentation de la tension d’accélération et du courant sonde sont nécessaires pour générer un flux de photons suffisant pour la détection des éléments de transition en traces (Fialin et al., 1999). La limite de détection pour chaque élément varie ensuite en fonction du temps de comptage pour chaque point d’analyse (Fig. 5.3). Cette technique est considérée comme non destructive; néanmoins avec une tension de 30 kV et un courant de 500 nA, le faisceau peut endommager la surface de l’échantillon et provoquer une migration des éléments alcalins (Lineweaver,
170 CHAPITRE 5 1963). Les cartes d’éléments majeurs sont donc acquises en premier; la carte du Cu est elle réalisée lors d’un second passage. Limite de détection (ppm) 1000 100 10 1 -0,502 3 y = 145,43x R 2 = 0,9999 0,1 1 10 100 1000 Temps (s) Fig. 5.3 : Evolution de la limite de détection du C uivre en fonction du temps de comptage des photons par le système WDS pour une tension d’accélération de 30 kV et un courant sonde de 500 nA. Ces valeurs sont données par le logiciel d’analyse de la microsonde Cameca SX100 de Camparis. 1.6 Protocole expérimental de l’in-diffusion analysée par cartographie élémentaire L’échantillon EST 26059, préalablement caractérisé d’un point de vue minéralogique et microstructural (cf. chapitre 4), a été choisi pour développer la technique d’in-diffusion couplée à l’analyse microLIBS et microsonde électronique. D’autres expériences de diffusion étaient en cours pour les autres échantillons étudiés dans le chapitre 4, mais seules les expériences réalisées sur EST 26059 sont arrivées à leur terme. La procédure expérimentale est présentée sur la figure 5.4. L’in-diffusion a été réalisée sur 2 échantillons C2-1a et C2-1b pour un temps de contact de diffusion du C u 2+ de 93 jours. La concentration en C u 2+ dans le réservoir a été suivie régulièrement durant la durée de l’expérience. Les échantillons C2-1a et C2-1b ont respectivement été analysés par microLIBS et microsonde électronique. Des tests analytiques ont également été réalisés sur un échantillon test (échantillon EST 13940 - forage EST211, sélectionné par le CEA), afin de définir la concentration initiale en Cu 2+ dans le réservoir et calibrer la microLIBS. Les premières expériences de diffusion réalisées sur cet échantillon ayant montré une précipitation importante du Cu à l’interface solution / échantillon, la concentration en Cu 2+ a due être ajustée afin d’éviter ce phénomène, et également de conserver une bonne détection en microLIBS et microsonde électronique.
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THESE Pour l’obtention du grade d
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3.1 Relation locale entre distribut
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247 BIBLIOGRAPHIE Von Engelhard, W.
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