{"id":191,"date":"2010-02-05T11:51:51","date_gmt":"2010-02-05T10:51:51","guid":{"rendered":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/?p=191"},"modified":"2010-02-05T11:54:06","modified_gmt":"2010-02-05T10:54:06","slug":"le-polymorphisme-du-carbone-dans-les-meteorites-choquees-decouverte-de-forme-ultra-dures-plus-dures-que-le-diamant","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/2010\/02\/05\/le-polymorphisme-du-carbone-dans-les-meteorites-choquees-decouverte-de-forme-ultra-dures-plus-dures-que-le-diamant\/","title":{"rendered":"Le polymorphisme du carbone dans les m\u00e9t\u00e9orites choqu\u00e9es : d\u00e9couverte de forme ultra-dures, plus dures que le diamant"},"content":{"rendered":"

Nous avons recemment publi\u00e9 un papier dans EPSL (Earth and Planetary Science Letters) intitul\u00e9 \u00ab\u00a0Carbon polymorphism in shocked meteorites: Evidence for new natural ultrahard phases\u00a0\u00bb. J’en fais un long r\u00e9sum\u00e9 ci-dessous. (English version available here)<\/a>. Les commentaires sont les bienvenus<\/strong><\/p>\n

<\/p>\n

Nous avons \u00e9tudi\u00e9 les diff\u00e9rentes occurences du carbone pr\u00e9sents dans les ureilites et plus particuli\u00e8rement dans l’ureilite Havero. Pour ceci, nous avons r\u00e9alis\u00e9 des lames minces polies par polissage \u00e0 la p\u00e2te diamant\u00e9e. Nous avons ensuite rep\u00e9r\u00e9 deux zones carbon\u00e9es distinctes par microscopie r\u00e9fl\u00e9chie. Des observations plus pr\u00e9cises ont ensuite \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9es sur un MEB environnemental, pour \u00e9viter le d\u00e9p\u00f4t d’une couche de carbone sur l’\u00e9chantillon \u00e0 observer pour \u00e9viter toute contamination de l’\u00e9chantillon par du carbone amorphe. Les observations microscopiques montrent qu’on peut d\u00e9limiter diff\u00e9rentes r\u00e9gions au sein des zones carbon\u00e9es que nous avons \u00e9tudi\u00e9es. La Figure 2.41 montre une de ces zones observ\u00e9es ainsi qu’un sch\u00e9ma d’interpr\u00e9tation de la structure.<\/p>\n

\"FiG.<\/a>

FiG. 2.41 - Une des zones carbon\u00e9es d'Havero. En haut \u00e0 droite, l'aspect en microscopie optique et l'image MEB correspondante au centre. On remarque que cette zone est fortement mal polie et est en relief par rapport \u00e0 la matrice silicat\u00e9e. L'encart en bas \u00e0 gauche montre l'arrangement spatial de la zone le long de la ligne blanche sur l'image MEB.<\/p><\/div>\n

On constate que les zones carbon\u00e9es sont faiblement polies, granuleuses et qu’elles peuvent pr\u00e9senter des pro\u00e9minences au dessus de la matrice silicat\u00e9e jusqu’\u00e0 des hauteurs de 13 um. L’arrangement spatial est concentrique avec des zones \u00e0 faible relief (Zone A) vers l’ext\u00e9rieur de la zone carbon\u00e9e, des zones \u00e0 forts reliefs vers le centre (Zone B) et un mamelon \u00e0 tr\u00e8s fort relief (Zone C) tout au centre. Afin de v\u00e9rifier la puret\u00e9 chimique de ces zones, nous les avons extraites au moyen d’une microforeuse et les avons mont\u00e9es dans des disques d’acier trou\u00e9s. Ceci permet une \u00e9tude par fluorescence X et diffraction des rayons X, le trou permettant au faisceau de passer \u00e0 travers l’\u00e9chantillon sans interaction avec le disque d’acier. Gr\u00e2ce \u00e0 ce montage, nous avons pu r\u00e9aliser des cartographies en fluorescence et en transmission des rayons X (Figure 2.42). Ces r\u00e9sultats montrent d’une part que la zone a une densit\u00e9 faible puisque la transmission est maximum dans la zone carbon\u00e9e. Ceci permet d’imager la zone carbon\u00e9e enti\u00e8re et donne un indice sur sa puret\u00e9. D’autre part, on constate que cette m\u00eame zone est tr\u00e8s pauvre en Ca, Mn, et en \u00e9l\u00e9ments plus lourds tels que le Fe par exemple.<\/p>\n

\"FlG.<\/a>

FlG. 2.42 - a) Cartographie en transmission et cartographie chimique du Mn (b) et du Ca (c)<\/p><\/div>\n

Nous avons alors men\u00e9 des \u00e9tudes en spectroscopie Raman au sein des diff\u00e9rentes zones identifi\u00e9es pr\u00e9c\u00e9demment. La zone A est essentiellement constitu\u00e9e de graphite d\u00e9sordonn\u00e9 (bandes G, D et D’ pr\u00e9sentes) et de petits diamants (un seul pic \u00e0 1331 cm-1<\/sup>). La zone B est quant \u00e0 elle constitu\u00e9e d’un m\u00e9lange de graphite ordonn\u00e9 et de diamants, nanodiamants ou lonsdaleite, le pic Raman pouvant aller de 1331 cm-1<\/sup> \u00e0 1322 cm-1<\/sup>. Enfin, la zone C est compos\u00e9e d’une phase pr\u00e9sentant les pics carat\u00e9ristiques du diamant du graphite mais aussi de nombreuses bandes additionelles. Certaines de ces bandes ont \u00e9t\u00e9 attribu\u00e9es \u00e0 des d\u00e9fauts dans le graphite (1080, 1200, 1350 et 1500 cm-1<\/sup>), de la lonsdaleite (1280 cm-1<\/sup>) ou \u00e0 des effets de taille (580 cm-1<\/sup>), la plupart de ces bandes n’ont jamais \u00e9t\u00e9 observ\u00e9es ni pr\u00e9dites pour aucun compos\u00e9 carbon\u00e9.<\/p>\n

\"FlG.<\/a>

FlG. 2.43 - Les diff\u00e9rents spectres Raman obtenus au sein des phases carbon\u00e9es des ureilites. Les zones sont les m\u00eames que celles identifi\u00e9es dans la figure 2.41. La pr\u00e9sence de deux phases r\u00e9pertori\u00e9es dans la zone C vient du fait que deux zones carbon\u00e9es distinctes ont \u00e9t\u00e9 \u00e9tudi\u00e9es et qu'elles ont montr\u00e9 deux phases diff\u00e9rentes.<\/p><\/div>\n

Nous avons poursuivi ces \u00e9tudes de spectroscopie Raman par des investigations par diffraction des rayons X. Les donn\u00e9es obtenues sur la premi\u00e8re zone carbon\u00e9e confirment les donn\u00e9es Raman \u00e0 savoir la pr\u00e9sence de diamant, de graphite et d’une nouvelle phase. L’analyse de l’image de diffraction montre une forte orientation pr\u00e9f\u00e9rentielle entre les directions [001] du graphite et [111] du diamant comme en t\u00e9moigne l’\u00e9largissement simultan\u00e9 pour des angles identiques des cercles de diffraction. Le spectre int\u00e9gr\u00e9 a pu \u00eatre index\u00e9 avec du fer bec provenant de la partie inf\u00e9rieure de la lame, du diamant 3C, du graphite non compress\u00e9 et un nouveau polytype du diamant le 21R. C’est la premi\u00e8re fois que ce polytype est observ\u00e9 que ce soit dans des mat\u00e9riaux synth\u00e9tiques ou naturels. Il n’\u00e9tait jusqu’\u00e0 pr\u00e9sent que pr\u00e9dit th\u00e9oriquement.<\/p>\n

Dans la deuxi\u00e8me zone carbon\u00e9e, la plupart des spectres acquis peuvent \u00eatre index\u00e9s avec du graphite et du diamant ou de la lonsdaleite. Dans la zone la plus \u00e9lev\u00e9e, du graphite compress\u00e9, du diamant et de la lonsdaleite ou du diamant ainsi qu’une nouvelle phase ont \u00e9t\u00e9 observ\u00e9s. Cette nouvelle phase a un spectre de diffraction X diff\u00e9rent de tous les polymorphes du carbone connu y compris le 21R d\u00e9crit pr\u00e9c\u00e9demment. Cette phase a \u00e9t\u00e9 index\u00e9e comme appartenant au groupe d’espace cubique Pm3m <\/em>bien que l’asym\u00e9trie de la ligne (111) puisse la faire appartenir au groupe rhombo\u00e8drique R3m. <\/em>C’est dans un tel cas que le meilleur raffinement structural a \u00e9t\u00e9 obtenu avec a = <\/em>3.5610(9) et a = <\/em>90.2(2)\u00b0. Ce nouveau polymorphe n’a jamais \u00e9t\u00e9 observ\u00e9 ni m\u00eame pr\u00e9dit par les calculs ab initio.
\n<\/em><\/p>\n

N dobs., A h k 1 dcalc, A I, % Phase<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
1<\/td>\n3,276<\/td>\n002<\/td>\n<\/td>\n2,9<\/td>\nGr<\/td>\n<\/tr>\n
2<\/td>\n2,182<\/td>\n1 00<\/td>\n<\/td>\n3,1<\/td>\nL<\/td>\n<\/tr>\n
3<\/td>\n2,055<\/td>\n1 1 1<\/td>\n2,055<\/td>\n100<\/td>\nN*<\/td>\n<\/tr>\n
4<\/td>\n1,928<\/td>\n1 0 1<\/td>\n<\/td>\n2,3<\/td>\nL<\/td>\n<\/tr>\n
5<\/td>\n1,780<\/td>\n200<\/td>\n1,780<\/td>\n7,2<\/td>\nN<\/td>\n<\/tr>\n
6<\/td>\n1,451<\/td>\n2 1 1<\/td>\n1,543<\/td>\n5,1<\/td>\nN<\/td>\n<\/tr>\n
7<\/td>\n1,257<\/td>\n2 2 0<\/td>\n1,258<\/td>\n3,7<\/td>\nN<\/td>\n<\/tr>\n
8<\/td>\n1,185<\/td>\n3 0 0<\/td>\n1,186<\/td>\n14,2<\/td>\nN<\/td>\n<\/tr>\n
9<\/td>\n1,072<\/td>\n3 1 1<\/td>\n1,073<\/td>\n10,8<\/td>\nN<\/td>\n<\/tr>\n
10<\/td>\n1,024<\/td>\n2 2 2<\/td>\n1,027<\/td>\n2,7<\/td>\nN<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Tab. 1: Indexation des plans cristallographiques de la nouvelle phase de carbone ultra-dure<\/p>\n

L’existence de graphite compress\u00e9, non compress\u00e9 et de diamant sugg\u00e8re un sc\u00e9nario complexe de formation de ces diff\u00e9rents polymorphes du carbone. L’existence de graphite compress\u00e9 sugg\u00e8re fortement un processus de choc. De plus, l’\u00e9tude de la position de la bande D du diamant ainsi que de sa largeur \u00e0 mi hauteur (FWHM) est en bon accord avec cette hypoth\u00e8se. En effet, en comparant, la dispersion de ces deux valeurs aux donn\u00e9es compil\u00e9es par Miyamoto et al. [144], on constate que la quasi totalit\u00e9 de nos mesures tombent dans le champ de diamant form\u00e9 par impact. Les quatre points hors de cette zone correspondent aux bandes des nouvelles phases.<\/p>\n

Une \u00e9tude similaire de la position
\n des bandes G du graphite ainsi que de leur FWHM permet dec alculer une compression correspondant \u00e0 une pression r\u00e9siduelle de 2.5GPa. Par ailleurs, si on utilise l’\u00e9quation d’\u00e9tat du graphite pour les param\u00e8tres de mailles mesur\u00e9s en diffraction des rayons X, on trouve une pression r\u00e9siduelle comprise entre 2.5 et 4GPa ce qui est en tr\u00e8s bon accord avec les donn\u00e9es Raman. On peut donc penser que le graphite a \u00e9t\u00e9 compress\u00e9 \u00e0 partir de graphite automorphe par le choc et que cette compression est un stade initial vers la formation de diamants et de nouvelles phases.<\/p>\n

\"FlG.<\/a>

FlG. 2.44 - a) Plaque image de la zone contenant le polytype 21R du diamant, b) Son spectre int\u00e9gr\u00e9 c) Plaque image contenant le nouveau polymorphe du carbone d) Spectre int\u00e9gr\u00e9 du nouveau polymorphe<\/p><\/div>\n

Cependant, nous avons aussi not\u00e9 la pr\u00e9sence de graphite non compress\u00e9. Nous pensons que ce graphite provient d’une r\u00e9tromorphose du diamant durant la phase post-choc comme sugg\u00e9r\u00e9 par Nakamura et al. Un mod\u00e8le de conversion du diamant en graphite \u00e0 haute temp\u00e9rature (2000K) a \u00e9t\u00e9 propos\u00e9 comme pouvant expliquer la formation d’\u00eelots de graphite dans les diamants CVD. Ce mod\u00e8le pr\u00e9dit aussi la formation d’une relation de parall\u00e9lisme entre le plan (111) du diamant et (002) du graphite. De plus, Guillou et al., ont montr\u00e9 qu’en compressant du carbone noir (black carbon) <\/em>on pouvait aussi obtenir une relation entre ces deux plans cristallographiques et un spectre Raman relativement complexe. Par contre, la compression d’autres pr\u00e9curseurs de type graphite polycristallin ou graphite orient\u00e9 ne permet pas les m\u00eames observations montrant que le mat\u00e9riel de d\u00e9part est extr\u00eamement important.<\/p>\n

Ainsi, les ph\u00e9nom\u00e8nes de choc sur le syst\u00e8me carbone dans les ureilites sont des contre-points essentiels aux exp\u00e9riences statiques et aux exp\u00e9riences de choc puisqu’ils ouvrent de nouvelles aires sur le diagramme de phase du carbone notamment \u00e9tant donn\u00e9 le temps de choc permis dans les cas naturels.<\/p>\n

\"FlG.<\/a>

FlG. 2.45 - Dispersions des valeurs caract\u00e9ristiques en Raman du diamant montrant qu'ils sont form\u00e9s par un ph\u00e9nom\u00e8ne de choc d\u00e9part est important.<\/p><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Nous avons recemment publi\u00e9 un papier dans EPSL (Earth and Planetary Science Letters) intitul\u00e9 \u00ab\u00a0Carbon polymorphism in shocked meteorites: Evidence for new natural ultrahard phases\u00a0\u00bb. J’en fais un long r\u00e9sum\u00e9 ci-dessous. (English version available here). Les commentaires sont les bienvenus … Lire la suite →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[54,90],"tags":[91,28],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/191"}],"collection":[{"href":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=191"}],"version-history":[{"count":2,"href":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/191\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":212,"href":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/191\/revisions\/212"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=191"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=191"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=191"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}