Caractérisation minéralogique et cristallographie 

Caractérisation minéralogique et cristallographie 

Observations macroscopiques

 Dans un premier temps, des photographies numériques de tous les échantillons ont été réalisées sur une surface polie afin de révéler les structures et les remplissages. Ils étaient légèrement humidifiés et posés devant un fond blanc homogène avec un double éclairage halogène. Le temps d’acquisition des photos était inférieur à la seconde et aucun traitement d’image n’a été effectué. A partir de ces observations sur les plans de découpe, des lames polies ont été réalisées.

Microscopie optique et cathodoluminescence

 Pour établir une chronologie relative entre les différentes phases de remplissage identifiées, 48 lames minces polies au carbure d’alumine ont été étudiées en microscopie optique, en lumière naturelle (LN) et en lumière polarisée (LP). L’acquisition des images des structures et des minéraux a été effectuée par une caméra POLAROID (DMC-1) reliée à une interface informatique montée sur un microscope binoculaire LEICA Wild. Ces observations optiques ont été complétées par des observations en cathodoluminescence réalisées à l’UMR IDES. La cathodoluminescence particulière est induite par un flux d’électrons focalisé sur la lame mince polie non métallisée. Elle est essentiellement dûe aux impuretés présentes dans le réseau cristallin (le manganèse et les éléments des terres rares sont des activateurs alors que le fer est un inhibiteur de luminescence) mais également aux défauts de ce réseau. Le flux d’électrons est généré par une cathode froide en acier sur un appareil de type Technosyn Cold 8200 Mk II avec un voltage de 10 à 18 kV et un courant de 350 à 500 mA . Les photographies ont été réalisées sur un microscope Nikon Labophot (objectifs x5, x10, x20) connecté à une caméra CCD de type QICAM-12 bit reliée à une interface informatique avec le logiciel QCapture Pro. Le temps d’exposition était de une seconde pour l’acquisition des images en cathodoluminescence et inférieur à la seconde pour les images en lumière naturelle. 

Microscopie électronique à balayage (MEB)

 Des observations par microscopie électronique à balayage (MEB) sur les lames minces polies métallisées ont été réalisées sur un appareil Philips XL30. La surface de l’échantillon est bombardée par un faisceau d’électrons, ce qui conduit à l’émission d’électrons secondaires de basse énergie et des électrons rétrodiffusés dont l’énergie est équivalente aux électrons incidents. Les électrons secondaires permettent d’observer le relief de la surface des échantillons et les électrons rétrodiffusés, la composition chimique moyenne. Des analyses semi-quantitatives sur les lames polies ont également été réalisées par spectrométrie avec un détecteur à Ge à dispersion d’énergie. Les échantillons ont été au préalable métallisés par vaporisation d’une fine couche de carbone pour rendre la surface conductrice et ainsi évacuer les charges à la surface. Les analyses ont été réalisées avec une tension de 15kV et un courant de 1,5nA. 

Microthermométrie sur calcite

Des analyses microthermométriques des échantillons à l’UMR IDES, ont été effectuées sur des fragments clivés. Cette technique a permis d’observer les changements texturaux de la calcite et la décrépitation des inclusions fluides à différentes températures, jusqu’à 500°C. Les analyses ont été réalisées sur une platine Linkam MDS600 montée sur un microscope Leica DM2500 (grossissement x100, x200, x500) associé à une caméra CCD de type QICAM-12 bit. 

Diffractométrie rayons X (DRX) 

L’analyse par diffraction des rayons X sur poudre finement et modérément broyée a été réalisée afin d’étudier la composition minéralogique et la cristallinité des calcites de faille de Gondrecourt, à l’UMR IDES et à l’ICMMO à Orsay. Pour l’étude de la cristallinité deux types d’analyses ont été réalisées : (1) Le premier type d’analyses a été effectué sur une fraction minérale calcitique à température ambiante. Ces échantillons sont ensuite chauffés plusieurs heures dans une étuve à 200°C, puis de nouveau mesurés à température ambiante. Pour étudier l’effet du temps de chauffe, le même échantillon sur le même porte-échantillon a été chauffé plusieurs fois à 200°C de 24 heures à une semaine. Cette technique permet de rendre comparable directement les spectres DRX entre eux. Ces analyses ont été effectuées au laboratoire IDES à Orsay sur un diffractomètre X’PERT Pro Philips doté d’une cathode en cuivre, de fente de solers de 0,02 rad et d’un masque de 6,60 mm. Les valeurs respectives de Kα1 et de Kα2 sont respectivement de 1,540598 Å et 1,544426 Å. (2) Le deuxième type d’analyse DRX a été réalisé sur ces mêmes fractions minérales à différentes températures de 25 °C à 800°C. Les échantillons sont montés sur un porte échantillon en céramique dans un four Anton Spaar type HTK. Ces analyses se sont déroulées au laboratoire de chimie physique ICMO à Orsay sur diffractomètre X’PERT Pro Philips. Le système est muni d’une anode en cuivre avec un monochromateur (cristal de LaB6) permettant de sélectionner uniquement la raie Kα1 des spectres (1,540598 Å), des fentes de solers de 0.04 rad et d’un masque de 10 mm. Pour les mesures des coefficients de dilatation, les deux diffractomètres d’IDES et d’ICMO ont été calibrés entre eux. Il s’est avéré que les spectres DRX sur four étaient décalés par rapport aux spectres effectués aux laboratoires IDES. Il s’agit d’un problème de hauteur d’échantillon estimé à 350 microns. Des échantillons standard passés dans les deux analyseurs ont permis de corriger ce biais (Figure II.2). L’analyse des spectres a été réalisée avec les logiciels XpertDataViewer, HighScore et excel. Les aires des raies ont été calculées en sommant les intensités obtenues pour chaque valeur d’angle. Les raies Kα1 et Kα2 ont été incluses dans le calcul dans le cas des analyses DRX classiques.Les mesures des paramètres de maille ont été calculées avec Unit_Cell (Holland et Redfern, 1997). Unit Cell est un logiciel d’affinement basé sur une méthode de régression des moindres carrés. Il s’agit d’introduire les valeurs d’intensités des angles associées à leurs raies de réflexions indexées en système (hkl). L’indexation des raies a été réalisée selon les résultats de Downs et Hall-Wallace (1993) et de Markgraf et Reeder (1985). Les paramètres d’entrées correspondent aux angles des plans cristallins  dans un système hexagonal. Ces plans présente l’avantage d’être bien distincts les uns des autres et d’avoir des intensités aux moins cinq fois supérieures au bruit de fond. De plus, les plans (006), (300) et (1112) apportent un maximum de précisions dans l’affinement car ces plans sont parallèles pour les deux premiers et subparallèles pour le dernier, au repère du réseau cristallin. Une première étape de validation a été nécessaire afin de s’assurer du niveau de précision de la méthode d’affinement utilisée. Pour ce faire, les unités de maille de l’ensemble des cristaux de calcite présentes dans la base de données cristallographiques online RRUFF (supportée par le département géosciences de l’université d’Arizona) ont été recalculées. Les valeurs initiales et calculées dans ce travail sont présentes dans le tableau (II.1). La méthode d’affinement des paramètres de maille pour ces travaux est considérée précise à la troisième décimale pour les paramètres cristallins et à une décimale pour l’estimation du volume de maille. Les valeurs de référence ont été retrouvées à ce niveau de précision alors que les données de base étaient plus précises. La méthode d’affinement utilisée permet de retrouver les valeurs des paramètres cristallins a et c de référence avec une confiance sur la précision jusqu’à la troisième décimale et à la première pour le volume de maille.