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Jean-Noël Rouzaud

Carbone dans tous leurs états : des modèles expérimentaux pour les carbones extra-terrestres ? Apport de la microscopie électronique en transmission

Jeudi 28 mai 2009, à 16h

Les carbones solides présentent des organisations très différentes. A côté des formes cristallisées que sont le graphite ou le diamant d’une part, et les carbones amorphes d’autre part, il est possible élaborer une très grande variété de matériaux carbonés ‘à la carte’ : lamellaires, poreux, fibreux, concentriques, tubulaires, … Ces carbones sont généralement caractérisés par une organisation multi-échelles, du micromètre au nanomètre. Que ce soit dans la Nature, ou lors de synthèses industrielles ou en laboratoire, cette organisation multi-échelles des carbones enregistre les conditions de leur formation (nature du précurseur, température, pression, présence éventuelle de catalyseurs…) ; elle peut donc être considérée comme une empreinte génétique. La Microscopie Electronique en Transmission (MET) est un outil précieux puisqu’elle permet d’accéder à l’organisation de ces carbones. Ainsi le mode ‘franges de réseau’ (dit Haute Résolution’) permet de visualiser directement le profil des plans d’atomes de carbone, et de remonter aux différentes organisations multi-échelles. C’est aussi un outil unique pour mettre en évidence, à l’échelle nanométrique, des hétérogénéités et des relations entre phases carbones.

Nos études de MET révèlent l’extrême variété des carbones extra-terrestres qui était souvent ignorée. Ainsi, les chondrites peuvent contenir de la matière organique insoluble généralement très désordonnée, du graphite, des diamants et nano-diamants, des suies, des oignons, … La présence de ces différentes formes de carbone permet d’étayer des hypothèses quant à leur origine. Ainsi, un métamorphisme croissant sur le corps-parent s’accompagne d’une graphitisation croissante.

Afin de fournir des données expérimentales solides sur des modes de formation plausibles des carbones extra-terrestres, notre approche consiste à les comparer avec des analogues expérimentaux obtenus dans des conditions bien contraintes. Quelques expériences seront présentées pour illustrer cette démarche : pyrolyse laser d’hydrocarbures pour obtenir des analogues de poussières carbonées circumstellaires, carbones formés par chocs sur du graphite pour expliquer la formation de diamant dans des météorites choquées, pyrolyse et oxydation de nanodiamants synthétiques pour discuter de leur disparition progressive lors d’épisodes thermiques mis en évidence dans des chondrites de différentes familles et types pétrologiques.