Sonde ionique

Fiche signalétique

• Nom de l'équipement : Sonde ionique
• Lieu d'affectation : Centre de recherches pétrographiques et géochimiques

La sonde ionique 1280 du CRPG

Présentation de l'équipement

L'acquisition d'une nouvelle sonde ionique à très haute résolution de masse (Cameca IMS 1280 HR), installée au Centre de recherches pétrographiques et géochimiques, est destinée à renforcer le potentiel nancéien (et national) dans le domaine de la microanalyse isotopique in situ. Cet appareil assurera la succession scientifique et technologique de la sonde ionique IMS 1270 en permettant d'atteindre de nouvelles limites en microanalyse et de doubler la capacité d'analyse du CRPG et du service national de microsonde ionique, actuellement saturé.

Qu'est-ce qu'une sonde ionique ?

La sonde ionique est un analyseur de surface qui permet de mesurer in situ, c'est-à-dire directement sur l'échantillon et sans préparation chimique, les teneurs et les rapports isotopiques des éléments, même quand ils ne sont présents qu'à l'état de traces. La résolution spatiale, c'est-à-dire la taille de la zone analysée, est de quelques microns, mais des résolutions de l'ordre de la dizaine de nanomètres peuvent être atteintes pour les mesures de profils en profondeur. Ces capacités analytiques rendent possible la mesure de la répartition d’éléments en trace (par exemple, les métaux résultant d'une pollution) à l'échelle de la cellule ou des rapports isotopiques (par exemple, la composition isotopique de l'oxygène) sur des grains de quelques microns. Les instruments à haute résolution ont été développés par la communauté des Sciences de la Terre et trouvent de nombreuses applications dans les domaines des sciences des matériaux (mesure d'impuretés dans des matériaux purs, profils de diffusion et d'altération à leur surface), de l'électronique (mesure d'impuretés dans les circuits intégrés) et de la santé (traçage isotopique de l'intégration des médicaments dans les tissus humains).

À quoi cela sert-il ?

En Sciences de la terre et de l'univers, l'analyse par sonde ionique a permis des avancées emblématiques dans l'étude de notre planète et du système solaire, en

• changeant notre vue de la formation et de l'évolution précoce du système solaire grâce à l'analyse des matériaux extraterrestres (météorites, roches lunaires, grains cométaires et particules du Soleil ramenés par différentes missions spatiales),
• permettant de mesurer l’âge et les compositions chimiques et isotopiques de minéraux datant de quelques millions jusqu'à 4,4 milliards d'années,
• participant à l'étude de la compréhension des changements du climat (par exemple la mesure in situ des températures océaniques passées dans des coraux)
• ouvrant de nouveaux champs dans le domaine de la gestion des matières premières (détermination de l'origine des pierres précieuses, la mesure par sonde ionique étant non-destructive) ou de l'environnement (détermination de l'origine des aérosols atmosphériques).

En Sciences des matériaux, les microsondes ioniques permettent d'obtenir des analyses chimiques en 3D à haute résolution (jusqu'à 50 nm, soit 50 milliardièmes de mètre). La première utilisatrice de ces instruments est l'industrie des microprocesseurs, qui les utilise pour vérifier la bonne fabrication des circuits imprimés, mais de nombreuses autres applications portent

• sur le contrôle de pureté ou de composition des matériaux, grâce à des limites de détection très basses,
• sur les processus de diffusion dans les matériaux et leur résistance à l'altération,
• sur l'imagerie biologique à haute résolution pour visualiser l'intégration des nutriments ou des médicaments dans les cellules des organismes en agronomie ou en médecine.

Place de la Lorraine dans le contexte

En 1986, le CRPG a été le troisième laboratoire en France à s'équiper de ce type d'analyseur, une microsonde ionique Cameca IMS 3F, et il est le seul à disposer d’une IMS 1270, acquise en 1996, un instrument à grand rayon qui a supplanté il y a une décennie les modèles existants par la qualité de ses mesures à haute résolution de masse et haute résolution spatiale. Cameca est une société française, installée en région parisienne, leader mondial pour ce type d'instrument, pour lequel le CRPG constitue le laboratoire de référence, de partenariat, et de confiance. Fort de ce succès, une dizaine de laboratoires mondiaux (Boston, Los Angeles, Hawaii, Tokyo, Osaka, Stockholm, Edimbourg...) se sont équipés du même instrument. Les acquéreurs potentiels sont passés au CRPG pour tester cet instrument. Le CRPG reçoit également de nombreuses demandes d'accueil de chercheurs étrangers désireux de se former à cette technologie. La présence d'un laboratoire de sonde ionique en Lorraine constitue évidemment un ancrage très fort pour les Sciences de la Terre et de l'Univers et le développement de travaux dans le domaine de l'environnement au sens large. Même si, du fait de la pression des utilisateurs, ce sont les Sciences de la Terre qui ont le plus utilisé la sonde IMS 1270 ces dernières années, l'installation d'un nouvel instrument devrait permettre d'ouvrir plus ce plateau analytique aux autres disciplines.

Quelques succès

Au cours des 10 dernières années, les chercheurs nancéiens ont effectué des avancées scientifiques uniques qui leur ont permis d’être sélectionnés par le Centre national d'études spatiales (CNES) et la National Aeronautics and Space Agency (NASA) comme laboratoire d'analyse d'échantillons extraterrestres. À ce titre, le CRPG a analysé les météorites provenant de Mars (programme PREMIER du CNES) et héberge des échantillons de toutes les missions ayant ramené des échantillons extraterrestres à ce jour : programmes APOLLO et LUNA pour la Lune, programme NASA GENESIS pour le vent solaire, et programme NASA STARDUST pour les échantillons ramenés d'une comète.

De nombreux projets ont été développés dans les domaines de la géologie (datations et évolution de notre planète) et de l'environnement (identification des sources des aérosols, détermination des paléotempératures, durabilité des verres de stockage). Les résultats les plus emblématiques de ces travaux sont détaillés dans la demande jointe. Le bilan détaillé (projets, publications) du service national y est également donné : environ quinze projets par an, émanant d'un nombre comparable de laboratoires nationaux, sont réalisés. Le succès fait que la sélection des projets devient de plus en plus drastique avec un facteur de sélection d'environ un sur trois.

Les travaux réalisés avec les microsondes permettent la publication en moyenne d'une dizaine d'articles par an sur son temps de recherche local. Une quinzaine de ces articles ont été publiés dans les revues à fort impact que sont Nature et Science, cinq d'entre eux ont eu l'honneur de la couverture de ces journaux prestigieux. Une liste complète des articles publiés à partir des mesures réalisées à la sonde 1270 est donnée dans la demande détaillée, et est accessible sur le site internet du laboratoire de sonde ionique (http://www.crpg.cnrs-nancy.fr/Sonde/intro-sonde.html). Enfin, ces travaux ont fait l'objet de plusieurs articles dans des revues et quotidiens régionaux et nationaux et sur les chaînes nationales de télévision.

Voir aussi

Liens interwikis

• La sonde ionique sur le wiki SGE privé

Autres liens

• La sonde ionique sur le site du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques