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Projet : Cathodoluminescence pour les Géosciences et l’Archéologie (GEOARCAT)

Porteuse : Laurence Le Callonnec (laurence.le_callonnec@sorbonne-universite.fr)

Co-porteur : Jean-Baptiste Houal (jean- baptiste.houal@ens.psl.eu)

Le projet consiste à renouveller la cathodyne couplée à un microscope optique de la plate-forme analytique Caractérisation Chimique et Minéralogique (CCM). Cet appareil permet l’analyse de matériaux géologiques et archéologiques à l’échelle microscopique et macroscopique. Peu de laboratoires français sont équipés de cet appareil qui pourtant montre de plus en plus d’applications en archéométrie.

La plate-forme CCCM nouvellement créé à Sorbonne Université, au sein de l’OSU Ecce Terra, regroupe un MEB, un DRX, deux fluoX portables, une cathodyne et une platine microthermométrique. L’expertise reconnue de l’ingénieur de recherche et des trois enseignants chercheurs qui en sont responsables offre la possibilité de caractériser les matériaux (géologiques, archéologiques, verres, céramiques, biominéralisations, sols etc...) d’un point de vue minéralogique, structural, chimique et des inclusions fluides.

La cathodyne actuelle est couplée à un microscope optique et à un appareil photo numérique reflex Nikon. Cet appareillage ancien, il s’agit du prototype, nécessite un renouvellement de plusieurs composantes afin d’améliorer sa facilité d’utilisation, les conditions et les performances analytiques : (i) un générateur d’électrons à tensions sous courant contrôlé et donc très stable ; (ii) un microscope optique équipé d’une caméra à faible niveau de lumière ; (iii) une chambre à vide avec un support d’échantillon motorisé. La réalisation d’une image mosaïque de l’échantillon analysé sera plus facile et plus précise en termes de conditions analytiques.

Le phénomène de cathodoluminescence permet d’observer un objet différemment du microscope optique ou de la loupe binoculaire en mettant en évidence grâce à (i) la présence de défaut ou d’impureté dans la structure du solide ; (ii) la présence d'éléments chimiques excitateurs appelés activateurs, des stries de croissances cristallographiques ou biologiques, des zonations, des processus de dissolution/recristallisation, de distinguer des cristaux polymorphes (par exemple calcite/aragonite) etc... C’est une étape préalable clé nécessaire pour des déterminations chimiques, des datations radiométriques.

Les objets analysés se présentent en lame mince non couverte, mais la chambre d’analyse permet aussi d’introduire des échantillons de surface centimétrique et d’épaisseur millimétrique. Cette technique est donc non destructive. Depuis très longtemps utilisée en géosciences, cette technique a montré un fort potentiel en archéométrie notamment pour la caractérisation des matériaux d’origine comme les marbres antiques et pour la reconnaissance des processus de fabrication des céramiques et des verres.

Si des membres du DIM PAMIR sont intéressés par ce projet de jouvence de notre cathodyne, nous vous invitons à prendre contact avec les porteurs de ce projet.