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Projet : Diffractomètre de rayons X pour la caractérisation structurale de composés cristallisés, adapté à l'étude de matériaux du patrimoine (RayfleX)

Responsabilité scientifique : Gaëlle Amiri, GEMaC, Université Versailles St Quentin (gaelle.amiri@uvsq.fr) & Victor Gonzalez, PPSM, ENS Paris-Saclay (victor.gonzalez@ens-paris-saclay.fr)

Je me permets de vous exprimer mon intention de répondre à l’appel à projet du DIM PAMIR pour l’acquisition d’un diffractomètre de rayons X. En tant que responsable des diffractomètres de rayons X du GEMaC, je suis actuellement impliquée dans des projets de recherche nécessitant des analyses approfondies de la structure cristalline des matériaux. L’originalité du GEMaC réside dans l’élaboration de matériaux via diverses méthodes d’épitaxie, effectuées dans des environnements contrôlés, conduisant à la fabrication de couches minces, de nanostructures et de nanofils. L’optimisation des paramètres de croissance ainsi que l’analyse approfondie des propriétés structurales de ces matériaux requiert l’utilisation d’équipements de diffraction X de pointe.

Depuis plusieurs années, le GEMaC entretient une collaboration avec le laboratoire IPANEMA, d’abord dans le cadre de la thèse de Jiayi Li co-dirigée par les deux laboratoires et soutenue en 2019, puis sur l’étude des signatures optiques d’émission de pigments anciens de blanc de zinc. Très récemment, un projet de collaboration avec Victor Gonzalez du PPSM à l’ENS Paris-Saclay, se met en place sur l’étude comparative des pigments de peintures anciennes et des cristallites de composés de type sulfures et séléniures que nous savons préparer et caractériser au GEMaC.

Les éléments constitutifs des matériaux du patrimoine, notamment les pigments historiques, se présentent sous forme d’agrégats de matières solides plus ou moins cristallisées, de tailles extrêmement variées observables à l’œil nu, de taille microscopique, voire même nanoscopique et alors invisibles au microscope optique. L’identification et l’étude chimique précise de ces matériaux nécessite une compréhension approfondie de leur composition minérale et de leur structure cristalline. La diffraction des rayons X offre une méthodologie puissante et non destructive pour obtenir des informations quantitatives sur la taille des domaines cohérents de diffraction, la concentration atomique des solutions solides, la modélisation de cristallites, l’épaisseur des spécimens et des informations qualitatives sur la présence de texture cristallographique. Cette technique s’avère très utile pour suivre les évolutions de la structure cristalline des matériaux du patrimoine au fil du temps, ou sous l’effet de différents traitements. Ce qui est indispensable pour évaluer la stabilité des matériaux et pour développer des stratégies de préservation.

L’acquisition d’un diffractomètre de nouvelle génération permettrait d’accroitre les performances en termes de sensibilité, de résolution, de précision et de rapidité et également d’accroître l’efficacité de nos travaux de recherche et d’ouvrir l’équipement à des collaborations en l’adaptant à la caractérisation de matériaux du patrimoine. Ce diffractomètre de rayons X qui répondrait au mieux à nos besoins communs nécessite un investissement global à hauteur de 350 - 400 k€.

Nous sommes convaincus que cette collaboration apportera une valeur ajoutée significative à l’étude de matériaux du patrimoine et nous sommes particulièrement enthousiastes à l’idée de contribuer à des initiatives innovantes et durables visant à préserver notre héritage culturel.

Nous sommes disponibles pour discuter de notre proposition et répondre à toute question que vous pourriez avoir. Tous les membres du DIM PAMIR intéressés par ce projet d’acquisition sont invités à se manifester.