Caractérisation avancée de la plasticité des minéraux par microscopie électronique en transmission

Advanced characterization of minerals plasticity using transmission electron microscopy

• Auteur / Autrice : Billy Clitton Nzogang
• Direction : Patrick Cordier, Alexandre Mussi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 19/06/2019
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chaleur -- Convection

Recristallisation (métallurgie)

Électrons -- Diffraction

Joints de grains

Dislocations dans les cristaux

Microscopie électronique en transmission

Effets des hautes pressions

Roches -- Déformation

Plasticité

Minéraux

Mots clés libres

Orientation cristalline

Résumé

L’activité interne de la Terre s’exprime en surface par le volcanisme ou les séismes. Elle résulte de la convection mantellique qui transporte la chaleur interne de la Terre vers la surface. Ces mouvements convectifs impliquent l’écoulement en profondeur des roches à l’état solide; Comprendre les mécanismes élémentaires qui permettent aux roches et à leurs minéraux de subir ces grandes déformations est un enjeu majeur en géophysique. Le microscope électronique en transmission (MET) est l’outil clef pour étudier ces mécanismes. De nouvelles techniques basées sur la microscopie électronique à balayage permettent également de mesurer les orientations préférentielles ainsi que les désorientations intracristallines. Le dispositif ACOM-TEM (Automated Crystal Orientation Mapping in Transmission Electron Microscopy) permet de réaliser des cartes d’orientations cristallines à l’échelle du MET. Dans cette thèse, nous explorons les possibilités de cette technique appliquée à la déformation des minéraux. Nous montrons que l’ACOM-TEM peut être appliqué sur des échantillons sensibles à l’irradiation électronique comme le quartz ou des phases de haute pression. L’emploi de cartographies à haute résolution donne une alternative à l’imagerie conventionnelle en contraste de diffraction, applicable aux minéraux sensibles. Nous montrons la force de cette technique pour des échantillons contenant des densités de dislocations élevées ce qui en fait une technique attractive pour l’étude de matériaux très déformés comme dans le cas d’expériences de déformations sous hautes pressions. Nous présentons également des applications à l’étude de phénomènes de restauration et de recristallisation.

The internal activity of our planet is manifested on the surface by geological phenomena such as volcanism or earthquakes. This activity results from mantle convection, which aims to transport the internal heat of the Earth to the surface. These vast convective movements involve in deep the flow of rocks in the solid state. Understanding the basic mechanisms that allow rocks and their minerals to undergo these large deformations is a major issue in geophysics. The Transmission Electron Microscope (TEM) is traditionally used for studying the mechanisms of plasticity of minerals. However, new techniques based on scanning electron microscopy now make it possible to visualize preferential orientations as well as intracrystalline disorientations. The ACOM-TEM (Automated Crystal Orientation Mapping in Transmission Electron Microscopy) device makes it possible to produce crystal orientation maps at the TEM scale. In this thesis, we explore the possibilities of this technique applied to the deformation of minerals. In particular, we show that the ACOM-TEM technique can be applied to samples sensitive to electron irradiation such as quartz or high pressure phases. The use of high resolution mapping provides an alternative to conventional diffraction contrast imaging, applicable to sensitive minerals. We also show the robustness of the ACOM-TEM technique with respect to samples containing high dislocation densities, which makes it an attractive technique for the study of highly deformed materials as in the case of deformation experiments under high pressures. We also present some applications to the study of recovery and recrystallization phenomena.