Manifestations d'intention > Projet MATRIXS

 

Le projet MATRIXS (MASSIVE TABULAR ARRAY FOR INELASTIC X-RAY SCATTERING) a pour but de mettre à disposition une méthodologie très innovante d’analyse des systèmes anciens carbonés par rayonnement synchrotron. Il s’appuie sur les compétences spécifiques dans le domaine développées à SOLEIL, à IPANEMA et à l’IMPMC.

 

La spectroscopie d’absorption X au seuil K du carbone est un outil puissant de caractérisation des matériaux comme sonde locale de l’environnement chimique des composés organiques présents. La méthode, connue sous le nom « STXM », a été appliquée avec succès pour établir une spéciation chimique du carbone, caractériser la nature des liaisons et la coordination locale (K. Benzerara et al., S. Bernard et al., J. Alleon et al.). Cependant, cette approche souffre d’une forte sensibilité à l’état de surface car les photons de faibles énergies mis en jeu (autour de 285 eV) pénètrent peu dans la matière. A moins d’être invasif, elle s’avère difficilement applicable aux matériaux « réels » dont l’état de surface est impropre, comme les matériaux anciens.

 

La diffusion inélastique des rayons X (IXS) dans le domaine des X durs (énergie > 5 keV) offre une possibilité unique de contourner ce problème. En analysant l’énergie des photons émis, la diffusion IXS permet en effet d’accéder au seuil d’absorption des éléments légers dans le domaine des pertes d’énergie avec des photons de haute énergie, très pénétrants, et donc de pouvoir s’affranchir de l’état de surface des matériaux. La méthode ne nécessite donc aucune préparation spécifique des échantillons et est non destructive. Nous avons démontré récemment que la méthode était appropriée pour étudier la spéciation chimique du carbone dans les matériaux historiques et anciens, notamment fossiles, tissus biologiques archéologiques et macro-restes végétaux, encres au carbone, etc. en complément de la spectroscopie infrarouge ou Raman optique (P. Gueriau et al., Analytical Chemistry, 2017).

 

La section efficace IXS est faible cependant et nécessite d’utiliser un spectromètre à large angle solide. Avec 4 analyseurs seulement, le spectromètre actuel sur SOLEIL n’est pas adapté, entrainant des temps d’acquisition long et restant limité à des systèmes « purs ».

 

Le projet MATRIXS vise à permettre l’étude de systèmes organiques anciens sur SOLEIL par la construction d’un spectromètre innovant installé sur la ligne GALAXIES au synchrotron SOLEIL, en partenariat avec le synchrotron SSRL de Stanford. Le nouvel instrument permettra de gagner un ordre de grandeur en termes d’intensité collectée par rapport à l’instrument actuel. Au-delà de la mesure spectrale, notre objectif est d’appliquer la méthode dans un mode d’imagerie pour réaliser une carte « chimique » des échantillons, spécifique de l’élément considéré, à l’échelle micrométrique. 

 

L’instrument novateur serait accessible à la communauté par soumission de projets au synchrotron SOLEIL et offrira des nouvelles opportunités pour la caractérisation dans matériaux anciens. Le projet MATRIXS s’intègre parfaitement dans les axes thématiques du DIM-MAP notamment « Analyse en toute sécurité » et « Fossiles et témoins de vie ancienne ». 

 

Ce projet est porté par J.-P. Rueff (Synchrotron SOLEIL, CNRS) et L. Bertrand (IPANEMA, CNRS, MiC, UVSQ). 

Partenaire identiifié :

IMPMC, Sylvain Bernard