Des chercheurs de l’ESRF de Grenoble et du CNRS ont mis au point des micro faisceaux de rayons X capables de déterminer la structure de grains de l’ordre du micron cube. La meilleure connaissance des cristaux, naturels ou non, pourrait avoir des applications dans le secteur de l’environnement.
Les propriétés chimiques et mécaniques des cristaux dépendent de leur structure, c’est à dire de l’arrangement des atomes qui les composent. Pour connaître cette structure, les chercheurs utilisent la diffraction des rayons X ou des neutrons. Mais la taille des cristaux doit être supérieure à 10 microns cube, 10 millionième de mètre « de côté » . Les cristaux d’une taille inférieure sont considérés comme une poudre sur laquelle les chercheurs appliquent les techniques diffraction de poudres qui ne conviennent que pour des solides dont la maille cristalline2 est inférieure à trois millionièmes de microns. La structure de nombreux nouveaux solides synthétisés dans les laboratoires sous forme de poudre demeure donc inconnue.
Les équipes de l’ESRF ( Installation Européenne de Rayonnement ) à Grenoble et de l’Institut Lavoisier (CNRS/Université de Versailles Saint-Quentin) ont mis au point un équipement qui permet de faire de la diffraction des rayons X sur des cristaux de l’ordre du micron cube. L’équipement comprend un système de focalisation ( concentration) du faisceau lumineux et un goniomètre qui positionne l’échantillon avec précision, car le faisceau doit « éclairer » l’échantillon sous divers angles, comme une lampe de poche capable d’être dirigée sur des points différents…” L’échantillon, très petit, ne doit pas sortir du faisceau lui-même très fin…”explique Christian Riekel, chercheur l’ESRF. L’essai a été réalisé sur un composé hybride organique-inorganique susceptible d’être utilisé pour absorber des gaz ou encapsuler des molécules organiques.
Capturer certains polluants
« Nous pourrons explorer les cristaux qu’on ne peut transformer en gros cristaux, explique Christian Riekel. Ce nouvel outil intéresse les biologistes. Il permettra de connaître la structure de cristaux de protéines, comme les protéines membranaires, qu’on ne peut transformer en gros cristaux. Il permettra aussi de mieux connaître des cristaux dans des zéolithes, des minéraux utilisés dans la catalyse, par exemple dans le secteur de l’environnement , pour capturer certains polluants. Enfin, l’équipement permettra de mieux connaître des minéraux naturels qui ne sont disponibles que sous forme de poudre ».
La mise au point de micro-faisceaux pour explorer des micro-cristaux, s’inscrit dans la recherche de faisceaux de plus en plus fins disponibles à l’ESRF de Grenoble, qui vise à mettre au point des nano-faisceaux pour explorer les arrangements de la matière au niveau des atomes.
1 L’Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron ( European Synchrotron Research Facility, ESRF), est implantée à Grenoble. Son anneau de stockage produit des faisceaux de lumière avec lesquels les chercheurs étudient une large gamme de matériaux, des cosmétiques de l’Egypte antique aux mousses métalliques et aux nano-aimants. De nombreux nouveaux instruments et techniques y sont développés, aussi bien pour la recherche que pour l’industrie.
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