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Spectromètres de micro-fluorescence à rayons X (Micro-XRF)

Étude des processus crustaux et des temps profonds avec le M4 TORNADO

Pourquoi choisir la série M4 TORNADO pour la caractérisation pétrologique ?

Une caractérisation minéralogique et géochimique précise et fiable des échantillons est essentielle à la compréhension des processus qui ont façonné l'histoire de la Terre. Ce contexte est crucial pour prendre des décisions éclairées concernant le sous-échantillonnage ultérieur en vue d'analyses à haute résolution des éléments traces et des informations isotopiques.

Les spectromètres micro-XRF M4 TORNADO permettent une caractérisation spatiale minimalement invasive des éléments majeurs, mineurs et traces, accédant à des informations essentielles à l'échelle du micron sur des échantillons de l’ordre du décimètre. Ils guident ainsi le sous-échantillonnage ou la micro-analyse et permettant de tirer le meilleur parti de chaque échantillon.

Figure 1 - Le M4 TORNADO PLUS est un spectromètre micro-XRF de paillasse dédié à l’analyse élémentaire spatiale d’échantillons géologiques.

Cartographie des phénocristaux et géochimie des roches volcaniques

La granulométrie et sa distribution, ainsi que la zonation en éléments majeurs et traces des phénocristaux dans les roches ignées, fournissent des informations cruciales sur l'évolution des chambres magmatiques avant la mise en place des plutons ou l'éruption volcanique. Ces données sont couramment utilisées pour décrypter les processus complexes d'évolution du magma qui se déroulent en profondeur dans la Terre et qui contrôlent les épisodes de croissance et de recyclage de la croûte terrestre. De plus, les données issues des roches volcaniques peuvent révéler des informations importantes sur les taux d'éruption.

La plupart des données utilisées dans ces études proviennent du microforage de poudres issues de cristaux ou d'analyses in situ par ablation laser. Ces techniques, longues et coûteuses, gagnent à être précédées d'une caractérisation préalable pour guider le sous-échantillonnage. Celle-ci peut être réalisée par cartographie élémentaire micro-XRF, permettant d'analyser des échantillons de grande taille avec une préparation minimale et d'obtenir une vue d'ensemble plus complète de la chimie des roches et des minéraux.

 

 

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Figure 2 - À gauche et au centre : Cartographies micro-XRF d’une roche volcanique montrant les types de phénocristaux et la distribution granulométrique relative. Toutes les cartographies micro-XRF acquises par le spectromètre M4 TORNADO peuvent être traitées avec le logiciel d’analyse minéralogique AMICS de Bruker afin d’obtenir des informations quantitatives supplémentaires sur les relations entre les minéraux. À droite : Cartographie du baryum d’un phénocristal de feldspath montrant une zonation oscillatoire formée lors de sa croissance. Les éléments traces tels que Ba, Rb et Sr peuvent être cartographiés et corrélés aux phases de croissance du magma.

Cheminées hydrothermales du plancher océanique

Découvertes il y a plusieurs décennies par des submersibles au niveau des dorsales médio-océaniques et autres zones d'expansion, les cheminées hydrothermales (ou « fumeurs noirs », sources hydrothermales), ont révélé des informations fascinantes sur les processus à l'œuvre à ces marges de plaques actives, notamment la découverte de nouvelles formes de vie extrêmophiles. La nature de ces formations est également corrélée au développement de certains types de gisements de métaux de base, qui suscitent aujourd'hui un intérêt croissant en tant que source de métaux critiques.

L'analyse micro-XRF avec le M4 TORNADO permet une caractérisation rapide des échantillons prélevés au niveau des cheminées hydrothermales et de leur environnement, sans préparation complexe. Les cartographies élémentaires révèlent des informations clés sur l'évolution des cheminées au fil du temps et sur la manière dont cette évolution peut être influencée par l'interaction de fluides chauds et riches en éléments avec l'eau de mer environnante.

 

 

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Figure 3 -À gauche : Vue d’ensemble d’un échantillon prélevé sur une cheminée hydrothermale sous-marine. Ce précieux échantillon a été découpé en plaques, mais aucune préparation supplémentaire n’a été nécessaire avant l’analyse micro-XRF réalisée avec le M4 TORNADO. À droite : Vue d’ensemble (en haut) et cartographie élémentaire (en bas) d’un fragment de cheminée hydrothermale dont la coupe transversale révèle la paroi de la source. La cartographie élémentaire montre que la majeure partie de l’échantillon est composée de chalcopyrite (sulfure de cuivre et de fer), mais qu’elle possède une paroi externe constituée d’oxydes de cuivre et de fer. On note également la présence de poches sulfurées (mais dépourvues de fer et de cuivre) au sein du corps chalcopyrite de la source ; ces poches sont remplies d’anhydrite (sulfate de calcium).

Analyse minéralo-texturale des roches métamorphiques : zonage des minéraux et contexte des minéraux datables

L'interprétation des histoires complexes inscrites dans les roches métamorphiques, essentielle à la compréhension de l'orogenèse et d'autres processus crustaux, repose sur une caractérisation précise des minéraux, de leur composition et des relations texturales qui les lient. Ce processus, qui débute sur affleurement mais se poursuit rapidement par l'analyse pétrographique optique de lames minces polies, présente un décalage d'échelle susceptible d'entraîner des pertes d'informations ou un échantillonnage incorrect.

La spectrométrie micro-XRF avec le M4 TORNADO permet d’analyser des échantillons de taille manipulable à la main, fournissant des données élémentaires à une échelle observable directement sur l’affleurement avec une loupe. En plus d’offrir un contexte géochimique plus large sur l’évolution d’une roche, cette méthode permet de cibler de manière appropriée les zones à analyser plus en détail. Grâce à la petite taille du spot (<20 µm) et à la capacité de détecter des éléments traces tels que Y, Zr et les terres rares (REE), il devient facile de cibler les minéraux accessoires datables, en tenant compte de leur présence et de leur contexte textural, même dans de grandes tranches de roche.

 

 

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Figure 4: En haut : Vue d’ensemble d’une lame mince non polie d’un échantillon de schiste à grenat-muscovite-biotite. La zone des cartographies élémentaires (15 mm × 15 mm) (panneaux inférieurs) est délimitée par le trait noir pointillé. En bas : Cartographies élémentaires montrant la distribution relative des minéraux dans le schiste (à gauche : grenat – rouge ; biotite – rose ; muscovite – jaune). La zonation du manganèse est très clairement visible dans les porphyroblastes de grenat. Sur l’image en bas à droite, la distribution du zircon, abondant, est visible dans la matrice et sous forme d’inclusions dans le grenat.

Criblage des concentrés de minéraux pour la recherche de minéraux datables : zircon, monazite, rutile

La recherche de minéraux accessoires datables dans les sédiments fluviaux ou les roches concassées implique généralement un long processus de séparation minérale par des techniques gravimétriques et magnétiques, aboutissant souvent à un tri manuel sous loupe binoculaire. La présence du minéral recherché n'est pas toujours garantie dans certaines roches et son identification par ses propriétés optiques peut s'avérer difficile, hormis pour les praticiens les plus expérimentés.

Le spectromètre micro-XRF M4 TORNADO permet un criblage rapide d'échantillons particulaires afin d'identifier la présence, même à l'état de traces, de minéraux spécifiques. La cartographie élémentaire peut être réalisée sur des échantillons non plans, y compris des suspensions de particules, sans nécessiter d’inclusion en résine époxy, de polissage ou de revêtement de carbone, ce qui simplifie et accélère le criblage. L'avantage supplémentaire de la micro-XRF, en tant que technique ED-XRF, réside dans l'acquisition simultanée d'un spectre d'énergie complet en chaque point, permettant une caractérisation exhaustive de l'échantillon et la détection de minéraux inattendus.

Les applications comprennent :

Le criblage des matériaux après concassage afin de déterminer la présence relative des minéraux cibles avant la séparation des minéraux lourds.

Effectuez une analyse de provenance des sédiments de cours d'eau grâce à toute la puissance de caractérisation minérale d'AMICS pour le M4 TORNADO, sans avoir besoin d'une préparation d'échantillons approfondie.

 

 

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Figure 5 - Analyse rapide des sables minéraux par cartographie élémentaire via micro-XRF avec le M4 TORNADO. En haut : image d'ensemble d'un échantillon de sable simplement déposé sur un ruban adhésif carbone double face, lui-même placé sur une lame mince optique classique, sans époxy, polissage ni revêtement de carbone. Au milieu : cartographie élémentaire de l'échantillon de sable montrant la distribution relative du quartz (bleu clair), du rutile (bleu foncé), de la xénotime (rose), du zircon (rouge) et de la monazite (vert). En bas : cartographie élémentaire de l'échantillon de sable présentant uniquement l'yttrium (pour la xénotime) et le zirconium (pour le zircon).

Consultez les données et les images plus en détail

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