Combinaison de différentes techniques de radiographie
Une combinaison sophistiquée de méthodes permet d'améliorer l'analyse des structures
Parfois, les scientifiques doivent accepter qu'une méthode qu'ils utilisent depuis des années échoue dans certaines conditions. Un tel échec exige une analyse minutieuse des lacunes et leur élimination ultérieure. C'est précisément ce qu'a fait une équipe internationale de l'université de Regensburg, de l'université de Durham et du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Ils ont effectivement réinventé la diffraction des rayons X, une méthode largement utilisée pour déterminer les structures cristallines, en la combinant avec la spectroscopie des rayons X, supprimant ainsi l'un des inconvénients cruciaux de cette méthode, connue depuis plus d'un siècle. L'un des chercheurs a reçu le prix Lieselotte Templeton de la société allemande de cristallographie pour cette réalisation.
Le Dr Christoph Hennig réalise l'expérience au Rossendorf-Beamline (ROBL) à Grenoble.
Pierre Jayet
Florian Meurer, lauréat du prix Lieselotte Templeton.
© Angela Weil-Jung
Les rayons X ne sont pas seulement utiles pour l'imagerie du corps humain, mais aussi pour l'examen de nouveaux matériaux : ils permettent de découvrir en détail la structure des cristaux - des informations indispensables, par exemple, pour le développement de nouveaux matériaux de haute technologie ou de médicaments. Cette méthode, connue sous le nom de diffraction des rayons X, existe depuis longtemps, mais il y a quelque temps, une équipe de chercheurs a rencontré un problème méthodologique fondamental.
Le groupe du Dr Michael Bodensteiner, de l'Université de Ratisbonne, a examiné un composé de cuivre avec des rayons X à une "couleur de rayons X" plutôt inhabituelle, le rayonnement dit Kβ. "Nous avons utilisé un cristal presque parfait et nous nous attendions en fait à pouvoir déterminer sa structure avec précision", explique le chimiste. "Mais nous avons constaté qu'à un moment donné, quelque chose de physiquement absurde est apparu. Pour faire simple, les atomes de cuivre n'étaient pas assis dans le réseau cristallin comme ils auraient dû l'être." Pour aller au fond du mystère, l'équipe a examiné de plus près la méthode expérimentale. Ce faisant, les chercheurs ont découvert que des corrections particulières impliquées dans le processus faussaient les résultats au lieu de les améliorer. "Par le passé, ces procédures mathématiques étaient généralement suffisantes", explique le Dr Bodensteiner. "Aujourd'hui, nos instruments fournissent des données d'une telle précision que ces corrections atteignent leurs limites et doivent donc être améliorées."
Une percée à Grenoble
Pour surmonter cette limite, les scientifiques de Regensburg ont fait équipe avec le Dr Christoph Hennig, chercheur au HZDR. Ce dernier travaille dans un endroit assez particulier : le synchrotron européen (ESRF) de Grenoble, en France. Par rapport aux tubes à rayons X classiques d'un laboratoire universitaire, l'installation basée sur un accélérateur délivre un faisceau de rayons X beaucoup plus intense et hautement focalisé. À Grenoble, l'ESRF exploite une installation expérimentale, le Rossendorf Beamline (ROBL). "Elle offre de très bonnes conditions pour de telles mesures", explique le Dr Hennig. "Entre autres choses, il y a un puissant diffractomètre qui peut prendre des images de diffraction à haute résolution", c'est-à-dire qu'il peut mesurer très précisément comment le rayonnement X est affecté en passant à travers une structure cristalline. Des mesures spectroscopiques simultanées sont également possibles - une spécialité désignée du ROBL. Dans ce procédé, un échantillon est éclairé par des "couleurs de rayons X" alternées. Cette approche permet de tirer des conclusions, par exemple, sur les propriétés chimiques des éléments qui composent un cristal.
L'idée de l'équipe était de combiner les deux méthodes, la diffraction des rayons X et la spectroscopie - une approche qui a rarement été essayée auparavant. "L'un des défis a été de coordonner les différents composants de l'équipement, comme les détecteurs qui captent les intensités de diffusion", explique Florian Meurer, chercheur junior. Dans leurs expériences, les chercheurs ont ensuite ciblé principalement les points de mesure où la méthode conventionnelle donnait des résultats peu fiables. "En combinant la diffraction des rayons X et la spectroscopie, nous avons obtenu des valeurs cohérentes", explique Florian Meurer. "Cela prouve clairement que notre méthode fonctionne". Pour son mémoire de maîtrise sur ce projet, il recevra le prix Lieselotte Templeton de la Société allemande de cristallographie.
Perspectives pour la recherche sur les dépôts en couches géologiques profondes
Bien que les chercheurs doivent encore affiner leur méthode, celle-ci est très prometteuse pour l'avenir. Par exemple, il devrait être possible d'analyser les structures de certains cristaux de manière plus précise qu'auparavant. "En plus des informations structurelles pures, nous devrions également être en mesure d'en apprendre davantage en une seule et même mesure, par exemple sur l'état d'oxydation d'un élément", espère le Dr Michael Bodensteiner. "Cela serait utile, par exemple, pour étudier les réactions catalytiques en chimie". La méthode combinée de la structure aux rayons X et de la spectroscopie devrait également être utile pour de futurs projets au ROBL de Grenoble. Le Dr Hennig et son équipe étudient le comportement des substances radioactives telles que celles présentes dans les déchets nucléaires. "Nous espérons pouvoir déterminer plus précisément les structures de certains composés moléculaires radioactifs", explique le Dr Christoph Hennig, cristallographe au ROBL. "Cela nous permettrait de mieux évaluer si une substance particulière restera en permanence dans un dépôt ou si elle peut éventuellement être libérée dans l'environnement."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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