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CATHODOLUMINESCENCE
La cathodoluminescence est provoquée par le bombardement d’électrons hautement énergétiques de quelques keV à un vingtaine de keV, c’est un rayonnement de lumière proche de l’ultraviolet, visible et proche de l’infrarouge. Avec le MEB l’étendue de la surface bombardée, est généralement de l’ordre de 200 µm x 300 µm.
Il peut y avoir alors deux causes distinctes :
-
soit le minéral lui-même émet ce rayonnement, que l’on qualifie d’intrinsèque ;
-
soit une impureté ou inclusion même infime et invisible à l’œil nu.
L'électron bombardé a une énergie suffisante pour aller sur une orbitale plus haute en énergie. Pour revenir à sa position d'origine, l'électron émet un photon. L'énergie de ce photon ne prend alors que des valeurs précises, caractéristiques de l'élément des atomes du matériau. On peut alors faire une analyse qualitative et semi-quantitative en détectant ces photons.
keV : abréviation pour kiloelectronvolt, vous trouverez la définition en bas de page.
Application de la cathadoluminescence
L'analyse MEB-CL peut être appliquée à tout type d'échantillon émettant de la lumière sous irradiation électronique. Elle permet de déterminer les différences de composition des matériaux et d'en examiner les constituants. Outre les informations sur la composition et la structure fournies par le MEB standard, elle fournit des informations sur les propriétés électro-optiques et la localisation des défauts cristallins, difficiles à déterminer par d'autres méthodes.
La cathodoluminescence permet, généralement, d’identifier le minéral par la longueur d’onde et l’intensité de l’émission du rayonnement.
Quelques exemples de couleurs du rayonnement de cathodoluminescence de minéraux.
D’après un document trouvé sur Internet, écrit par M. Duttine
Histoire
Luminescence : le phénomène est connu depuis le 17ème siècle.
La premières descriptions du phénomène de cathodoluminescence apparait à la fin du 19ème siècle.
En 1879 William Crookes, physicien et chimiste, britannique (1832-1919), travaillait sur les tubes à vide et a observé la luminescence de certains matériaux et des variations de couleur:
“L'un des phénomènes les plus frappants qui ont accompagné cette recherche a été la puissance remarquable que possèdent les rayons moléculaires, dans un vide poussé, de provoquer une phosphorescence dans les corps sur lesquels ils tombent. […] Il brille d'une lumière bleu-violet brillante [...] modifications de ces sulfures phosphorescents brillant d'une lumière jaune, orange et verte.”
Crookes a également comparé la luminescence de certains minéraux (rubis, diamants) et a remarqué que la couleur de luminescence variait en fonction de la provenance des gemmes:
“La plupart de ces gemmes, qu'elles soient taillées ou brutes, lorsqu'elles proviennent des champs sud-africains, phosphorescent d'une couleur bleu clair brillante. Les diamants d'autres localités brillent de différentes couleurs, telles que le bleu vif, le bleu pâle, l'abricot, le rouge, le vert jaunâtre, l'orange et le vert vif."
En 1960, premières études systématiques sur l’origine de la cathodoluminescence et son application en pétrologie.
Carbonates : zonations invisibles par d’autres techniques et variations de couleur pouvant indiquer l’origine du minéral.
Quartz (Sippel, 1968) : différenciation de quartz secondaires non-luminescents et de quartz primaires ou détritiques luminescents.
Extrait du PDF : microscopie électronique : application à l’étude des matériaux géologiques Andreï Lecomte (Université de Lorraine )
SOURCES
Littérature
Archives JJ Chevalier
Web
M. Dutinne
Andrei Lecomte, Universsité de Lorraine