Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La mise en service de puissantes machines fournissant du rayonnement synchrotron a été associée au développement de techniques exploitant les remarquables propriétés de ce rayonnement, comme sa continuité spectrale, sa très haute brillance et sa faible divergence. Cette avancée explique l'essor que connaît actuellement l'utilisation de ce rayonnement, y compris directement au sein des entreprises, pour l'étude et la caractérisation chimique, structurale et morphologique de tous les types de matériaux. L'article décrit succinctement les principales techniques, en les illustrant par des exemples choisis dans différents secteurs industriels.
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The puttingof powerful machines into operation providing synchrotron radiation has been associated with the development of techniques exploiting the remarkable properties of this radiation, such as its spectral continuity, very high brilliance and low divergence. This achievement explains the current considerable expansion in the use of this radiation including directly within companies for the chemical, structural and morphological study and characterization of any type of material. This article briefly describes the main techniques by illustrating them by examples selected from various industrial sectors.
Auteur(s)
-
Jean DOUCET : Laboratoire de physique des solides, université Paris-Sud 11, Orsay
-
José BARUCHEL : ESRF, Grenoble
INTRODUCTION
Le rayonnement synchrotron, lumière émise par des électrons ou des positrons relativistes et soumis à une accélération centripète, fournit un très large spectre de longueurs d'onde depuis l'infrarouge lointain jusqu'aux rayons X. La nouvelle génération de machines, spécialement conçues pour l'utilisation de cette lumière, a ouvert à une large communauté de scientifiques de laboratoires publics et privés une grande variété de méthodes d'investigation de la matière condensée qui complètent et vont au-delà des méthodes classiques. La continuité spectrale et l'utilisation en faisceau monochromatique, la brillance de la source, sa structure temporelle, sa polarisation linéaire ou circulaire, ses propriétés de cohérence ont donné une nouvelle dimension aux études des propriétés structurales, chimiques, électronique, et magnétiques de la matière à un niveau de résolution extrême.
Les méthodes de caractérisation et d'analyse structurale basées sur les techniques de diffraction-diffusion de rayons X, de caractérisation chimique basées sur les techniques de spectroscopie dans toute la gamme des énergies, d'analyse du comportement électronique et magnétique par les techniques de dichroïsme et de photoémission, enfin les nouveaux développements en radiographie X à deux et trois dimensions sont décrites à l'aide de différents exemples d'application choisis dans les secteurs de la chimie, de la pharmacie, de la médecine, de la métallurgie, des plastiques, ou encore, des matériaux pour l'électronique. Un accent particulier est porté sur les techniques d'imagerie, qu'elles soient en plein champ ou à balayage : elles constituent en effet la percée la plus remarquable dans le domaine de l'utilisation du rayonnement synchrotron pour l'étude des matériaux, notamment pour les matériaux industriels.
Les technologies et l'instrumentation associées au rayonnement synchrotron – machines, sources de lumière, optiques associées, stations d'analyse –, sont également succinctement présentées non seulement à titre d'information générale mais surtout pour bien souligner le lien étroit qui existe entre l'amélioration des technologies synchrotron et les performances des techniques d'analyse.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1989 par Irène NENNER, Hervé DEXPERT, Michel BESSIÈRE
- Version archivée 2 de juil. 1996 par Irène NENNER, Jean DOUCET, Hervé DEXPERT
DOI (Digital Object Identifier)
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Quelques exemples d'utilisation industrielle2. Techniques de caractérisation et d'analyse
2.1 Introduction
La diversité des modes d'interaction photons-matière et la gamme très étendue en énergie du rayonnement synchrotron, qui s'étend de l'infrarouge aux rayons X, conduisent à une large palette de techniques analytiques. Ces techniques, qui explorent différents aspects des matériaux, fournissent donc des informations complémentaires pouvant guider les industriels, aussi bien lors des phases de recherche et développement de nouveaux produits que pour la mise au point des procédés de fabrication, le contrôle de qualité, le suivi de vieillissement et éventuellement, le recyclage. Elles peuvent être divisées en quatre groupes selon le type d'information qu'elles fournissent :
-
les techniques de spectroscopie IR, UV et X fournissent une information chimique, avec accès à la composition élémentaire, aux éléments-traces, au degré d'oxydation, aux fonctions et réactions chimiques ;
-
les techniques de diffusion/diffraction/réflexion fournissent une information structurale, avec accès aux architectures moléculaires et supramoléculaires, pour les matériaux cristallisés ou partiellement organisés ;
-
les techniques d'analyses électronique et magnétique fournissent une information sur les propriétés électronique et magnétique, avec mise en évidence, analyse et suivi des caractéristiques de la structure électronique et du comportement magnétique des matériaux ;
-
les techniques de radiographie/tomographie fournissent une information morphologique, avec visualisation en deux ou trois dimensions de détails très fins dans des structures complexes, notamment des phases, inclusions, porosités et des fissures ;
-
vue son importance toujours croissante, il convient également de considérer comme une famille à part l'utilisation en mode imagerie des techniques précédentes qui s'obtient en balayant l'échantillon avec un microfaisceau de façon à fournir une carte « image » de l'échantillon pour une propriété physico-chimique donnée de la matière.
2.2 Techniques spectroscopiques pour l'information chimique
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Techniques de caractérisation et d'analyse
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KOCH (E.E.) - Handbook on synchrotron radiation. - Vol. 1, Amsterdam, North Holland (1983).
-
(2) - * - Détecteurs.
-
(3) - NEWTON (M.A.) (a), YOTI (B.J.) (a), DENT (A.J.) (b), FIDDY (S.G.) (c), EVANS (J.) (a,b) - * - Chem. Commun., p. 2382-2383 (2004).
-
(4) - NAGAI (Y.), HARA (N.), DOHMAE (K.), IKEDA (Y.), TAKAGI (N.), TANABE (T.), GUILERA (G.), PASCARELLI (S.), NEWTON (M.A.), KUNO (O.), JIANG (H.), SHINJOH (H.), MATSUMOTO (S.) - * - Angew. Chem. Int., Éd., 47, p. 9303 (2008).
-
(5) - LUCHES (P.), BELLINI (V.), COLONNA (S.), Di GIUSTINO (L.), MANGHI (F.), VALERI (S.), BOSCHERINI (F.) - * - Physical Review Letters, 96, p. 106106 (2006).
-
(6) - * - MAONG many sites http://www.esrf.eu/Industry/sales/your-experiment/synchrotron-techniques#protein
-
...
ANNEXES
http://www.synchrotron-soleil.fr
Le lecteur souhaitant obtenir des données techniques précises sur la machine et les sources de rayonnement pourra consulter les pages suivantes de l'ESRF et de SOLEIL :
http://www.esrf.eu/Accelerators/Performance/Insertion_Devices
http://www.synchrotron-soleil.fr/portal/page/portal/SourceAccelerateur/ParametresPrincipaux
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