Cellule à enclumes de diamant
Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
 |
Vous pouvez partager vos connaissances en l’améliorant. (Comment ?).
|
La cellule à enclumes de diamant (en anglais diamond anvil cell ou DAC) est une technique permettant de soumettre un matériau à des pressions et températures conjointement très élevées. Cette capacité rend ce dispositif fondamental dans plusieurs domaines liés à la science des matériaux comme en géologie où les conditions existant dans le manteau terrestre peuvent être reproduites.
Sommaire |
[modifier] Principe
La pression est une force appliquée sur une surface, dont la formule est la suivante :
Où p est la pression exercée, F la force appliquée et S la surface.
Pour atteindre de hautes pressions, on peut agir sur deux aspects :
- la force appliquée que l'on augmente
- la surface que l'on diminue
La cellule à enclumes de diamant joue principalement sur ce second aspect en réduisant la surface. Ainsi, une importante force est appliquée sur un petite surface, produisant de hautes pressions.
L'échantillon que l'on désire étudier est placé dans un fourreau (ou joint) métallique pour assurer l'étanchéité du milieu et deux diamants font office d'enclumes en pressant l'échantillon.
Le diamant a plusieurs propriétés qui le rend idéal pour ce genre d'utilisation :
- c'est le matériau naturel le plus dur que l'on connaisse et résiste sans se déformer à de très hautes pressions
- il a des propriété optique excellente, qui lorsqu'il est pur, le rend transparent à une grande partie du spectre électromagnétique, permettant ainsi d'étudier l'échantillon à travers les diamants.
C'est ainsi que des pressions allant jusqu'à 360 GPa (3,6 millions de fois la pression atmosphérique) et des températures de 5 000 kelvins (plus de 4 700 °C) peuvent être atteintes [1].
[modifier] Mesure de la pression
La mesure de la pression exercée est réalisée grâce à des éclats de rubis qui sont insérés avec l'échantillon. Ces éclats sont ensuite éclairés par un laser et en réponse émettent une fluorescence qui varie selon la pression [2].
[modifier] Chauffage
Le chauffage de la cellule est réalisé par des fours résistifs pour les températures allant jusqu'à 1 500 kelvins (un peu plus de 1 200°C) ou 2 000 kelvins (un peu plus de 1 700°C) selon les montages. Avec cette technique, la température est mesurée par un thermocouple [2].
On ne peut pas utiliser cette technique au-delà, car le diamant se transforme alors en graphite. Pour des températures supérieures, on se sert des propriétés optiques du diamant qui le rendent transparent à une grande partie du spectre électromagnétique. C'est ainsi que le faisceau d'un laser infrarouge de puissance est dirigé vers l'échantillon et traverse le diamant sans trop le chauffer. Ainsi, des températures allant jusqu'à 4 000 kelvins (3 700 °C) peuvent-être atteintes. Dans ce cas, la mesure de la température est réalisée par l'étude de la lumière émise par l'échantillon [2].
[modifier] Analyse de l'échantillon
Cette section est vide, pas assez détaillée ou incomplète. Votre aide est la bienvenue ![modifier] Histoire
La cellule à enclumes de diamant a été conçue aux États-Unis en 1958 et la technique de mesure de la pression par fluorescence du rubis en 1972 [3]. Ces deux techniques ont été mises au point au National Bureau of Standards (NBS), aujourd'hui connu sous le nom de National Institute of Standards and Technology (NIST), par Charles E. Weir, Alvin Van Valkenburg, Ellis R. Lippincott et Elmer N. Bunting [4],[5].
Le NBS étant une institution fédérale américaine, Alvin Van Valkenburg obtient gratuitement des diamants pour concevoir son enclume. Ces diamants avaient été confisqués par le gouvernement américain à des trafiquant de diamants. Cet aspect est important, car la mise au point de la cellule à enclumes de diamants aurait très certainement été ralentie si les chercheurs avaient été obligés de payer les diamants, car un certain nombre ont été détruits avant de réussir à concevoir un instrument fonctionnel [4].
[modifier] Référence
- ↑ (fr) Sébastien Merkel, « La Cellule à Enclumes de Diamant », 6 février 2000, École normale supérieure de Lyon - Laboratoire de Sciences de la Terre. Consulté le 29 octobre 2007
- ↑ a b c (fr) Philippe Gillet, « La cellule à enclumes de diamant », 27 septembre 2004, Planet Terre. Consulté le 31 octobre 2007
- ↑ ou 1971 selon l'article High Pressure X-Ray Crystallography With the Diamond Cell at NIST/NBS de Gasper J. Piermarini
- ↑ a b (fr) Gasper Piermarini et Stanley Block, « The Diamond Anvil Pressure Cell », National Institute of Standards and Technology. Consulté le 29 octobre 2007
- ↑ (en) Gasper J. Piermarini, « High Pressure X-Ray Crystallography With the Diamond Cell at NIST/NBS », dans Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, no 6, Novembre-décembre 2001, 106 [texte intégral]. Consulté le 29 octobre 2007
