Techniques de caractérisation des matériaux minéraux 1

ECTS

6.0

Nombre d'heures

50.0

Niveau d'étude

Bac +4

Période de l'année

Semestre 7

Présentation

Au travers d’exemples nous verrons comment utiliser un panel de techniques de caractérisation du solide (spectroscopies, diffraction) pour mieux analyser, comprendre et modéliser les structures minérales. L’UE se basera en majorité sur l’étude des structures et de la cristallochimie des matériaux lamellaires et plus spécifiquement des argiles. La grande diversité chimique et structurale de ces minéraux en fait des sujets d’étude complexes de choix. Ils nous permettront d’appréhender les capacités et limites d’analyse d’une instrumentation sur un matériau naturel complexe.

La première partie de ce module se focalisera sur les bases théoriques ainsi que sur les techniques d’analyses cristallochimiques du solide.

Objectifs

Ce module, en deux parties, s’adresse donc à tout(e) étudiant(e) visant un cursus qui l’amènera, dans sa profession, à travailler dans les domaines de l’instrumentation scientifique et/ou de la caractérisation  de matériau naturel / synthétique à l’aide de méthodes physiques.

Conditions d'admission

Bases de minéralogie (niveau licence)

Bases en mathématiques, chimie et physique (cursus scientifique général)

Compétences visées

Suite à ce module, l’étudiant(e) aura acquis une 1) solide connaissance des structures cristallines des matériaux/minéraux lamellaires et de leur cristallochimie. L’Étudiant aura eu une vision complète de l’analyse d’un minéral par les techniques de caractérisation du solide (diffraction, spectroscopies). Ainsi, 2) il/elle maitrisera la totalité de la chaine d’analyse, depuis la préparation des échantillons et l’acquisition des données jusqu’à leur analyse finale en passant par la compréhension des interactions rayonnement/matière. Ce module a ainsi pour objectif final de 3) former des utilisateurs critiques et éclairés à même de traiter un signal (DRX, FTIR…) et 4) d’en tirer les informations cristallochimiques pertinentes tout en étant conscient des limitations de leurs analyses.

Syllabus

  • Base de cristallochimie :

Ce premier cours a pour but de définir le contexte et les enjeux pédagogiques du module aux étudiants. Les bases de cristallochimie des argiles seront enseignées ensuite pour offrir à tous une connaissance élémentaire suffisante de la cristallochimie des minéraux argileux et pouvoir ensuite appréhender l’utilisation des différentes techniques sur ces minéraux.

-Rappel de cristallochimie générale (liaisons, coordination)
-Cristallochimie des phyllosilicates (fondamentaux) et autres minéraux lamellaires
-Rappels sur les structures et chimie des minéraux argileux (phyllosilicates)

  • Principes physiques des interactions rayonnement/matière.

Pour atteindre un niveau satisfaisant d’analyse et de compréhension des données expérimentales il est important de bien appréhender le principe physique des interactions entre un rayonnement et la matière solide. Ces interactions sont la base même de toutes les techniques d’analyse du solide qui seront abordées au sein du module. Les principes fondamentaux de ces interactions entre rayonnement (électromagnétique ou particules) et la matière solide se doivent donc d’être compris par l’étudiant et serviront de socle théorique au reste des enseignements.

            -Base physique de l’interaction rayonnement/matière
            -Illustration des premières études cristallochimiques au travers de l’analyse d’échantillons par Fluorescence X
            -Les résultats d’analyses chimiques par fluorescence X seront complétés par l’information prodiguée via  l’Analyse thermique : ATD-ATG pour les espèces non facilement détectées par la première techniques (H2O, OH-, CO32-, …)

  • Cristallographie – base de la diffraction

 La diffraction des rayons est une des principales techniques de caractérisation du solide. Elle permet l’identification des espèces cristallines (connues) présentes dans un échantillon, leur quantification mais aussi la détermination de structures inconnues ou la caractérisation fine de la cristallochimie de matériaux cristallins, naturels ou synthétiques. Elle requiert des connaissances de base en cristallographie pour être correctement interprétée.

            -Base théorique de la cristallographie :
                        -Premiers principes : symétries, groupes d’espace.

            -Base théorique de la diffraction (rayons X) et applications usuelles (identification de phases) :
                        -Réseaux cristallins, réseaux réciproques, indices.
                        -Théorie de la diffraction (facteur de structure, facteur de forme)
                        -Interprétation des diffractogrammes (lecture des données, identification de phases)
                        -Paramètres affectant la diffraction
                        -Spécificités des matériaux lamellaires

  • Spectroscopie Infrarouge

Cette partie du module vise à former les étudiant(e)s à l’utilisation, l’analyse et la compréhension des spectres infrarouges. Nous revenons ainsi directement dans l’utilisation des techniques de caractérisation cristallochimique des matériaux minéraux par interaction rayonnement/matière. Les cours aborderont également les interactions entre minéral et matière organique.

            -Base théorique spécifique à la spectroscopie infrarouge
            -Acquisition de spectres
            -Analyse des données expérimentales et interprétations.
            -Cristallochimie des matériaux minéraux.

 

Méthode d'enseignementEn présence

Type d'enseignementformation initiale

Composante

Lieu(x)

  • Poitiers-Campus
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