Observation haute résolution de minéraux sous éclairage polarisé
De la construction d’usines dans l’industrie pétrolière, à la recherche de matériaux dans le secteur du bâtiment en passant par les centres de R&D universitaires, l’observation sous grossissement des minéraux contenus dans les minerais et roches intéresse de nombreux domaines. Bien souvent, il est difficile d’identifier visuellement les substances des minéraux, que ce soit à la loupe ou lors d’une observation macroscopique et des microscopes pétrographiques sont donc employés.
Cette section décrit les mécanismes des microscopes pétrographiques, détaille les principales caractéristiques observées et présente des exemples d’observation de minéraux sous éclairage polarisé avec notre microscope numérique 4K.
- Différentes méthodes d’observation des minéraux pour différentes applications
- Qu’est-ce qu’un microscope pétrographique ?
- Qu’appelle-t-on prismes de Nicol (parallèles et croisés) ?
- Caractéristiques des minéraux observées sous éclairage polarisé
- Exemple d’observation de minéraux sous éclairage polarisé au microscope numérique 4K
- Un microscope numérique 4K qui facilite l’observation et l’analyse d’une multitude de cibles notamment des minéraux
Différentes méthodes d’observation des minéraux pour différentes applications
Lorsque l’on souhaite simplement observer et identifier la structure des minerais et roches ou encore de microscopiques agrégats minéraux et les formes cristallines de leurs fissures sous faible grossissement (inférieur à 100x), un microscope stéréoscopique, offrant une vision binoculaire et un facteur de grossissement plus fort qu’avec une loupe (environ 10x pour la loupe), est employé.
En revanche, pour observer le type et la structure des minéraux constituant un minerai ou une roche, il est nécessaire de préparer un échantillon sur lame de verre et de recourir à un microscope pétrographique. En règle générale, les minéraux et leur structure sont observés et identifiés sous un grossissement minimal de 50x.
Qu’est-ce qu’un microscope pétrographique ?
Le microscope pétrographique désigne un type de microscope optique doté d’un éclairage polarisé, qui transmet une lumière vibrant suivant une seule direction, pour observer la cible en exploitant différentes directions de vibration de la lumière selon le matériau. Un microscope pétrographique utilise un objectif intégrant des prismes de Nicol (plaques ou filtres de polarisation, voir paragraphe suivant) et un éclairage.
Les microscopes pétrographiques classiques emploient une plaque de polarisation appelée prisme de Nicol polariseur pour transformer la lumière émise en lumière polarisée. L’état de la lumière polarisée qui a traversé l’échantillon est ensuite détecté par le prisme de Nicol analyseur, une autre plaque de polarisation située entre l’objectif et l’oculaire. Cet état est converti en contraste clair et sombre ou en différentes nuances, permettant de visualiser les caractéristiques optiques de la cible.
Ce principe peut être utilisé pour identifier les minéraux microscopiques contenus dans la roche et capturer de façon sélective les structures de la roche selon les propriétés optiques des minéraux sous éclairage polarisé. Lors de l’observation de minerais et de roches, la cible est découpée sur une épaisseur d’environ 0,03 mm et préparée sur une lame de verre placée sur la platine, permettant ainsi à la lumière de traverser l’échantillon.
Capables de grossir des cibles microscopiques pour observer leurs propriétés optiques, les microscopes pétrographiques sont employés non seulement pour l’identification des minéraux mais également pour l’analyse du verre, des plastiques (films, etc.), des polymères, des fibres, des matériaux polymères, des médicaments composés de matériaux polymères et bien d’autres.
Qu’appelle-t-on prismes de Nicol (parallèles et croisés) ?
Normalement, la lumière vibre suivant différentes directions. Cette lumière peut être transformée pour ne vibrer que dans une seule direction (polarisée) via le passage à travers un filtre de polarisation (plaque de polarisation) appelé prisme de Nicol. La rotation de l’échantillon par rapport au prisme de Nicol pour changer la direction de polarisation de la lumière a pour effet de changer la direction de vibration de la lumière capturée, permettant de détecter de manière sélective une cible spécifique et ses caractéristiques.
Découvrez ci-dessous les deux principales méthodes d’observation sous éclairage polarisé par prismes de Nicol.
- A
- Lumière
- B
- Prismes de Nicol
- C
- Directions de vibration
Prismes de Nicol parallèles
Cette méthode désigne l’observation d’un échantillon préparé sur une lame de verre à l’aide de prismes de Nicol disposés dans le même sens, une configuration également appelée Nicols ouverts. Comme illustré ci-à gauche, seule la lumière suivant la même direction que les prismes de Nicol peut les traverser.
Prismes de Nicol croisés
Cette méthode est également appelée Nicols orthogonaux. Il s’agit de l’observation d’un échantillon préparé sur une lame de verre et placé entre deux prismes de Nicol disposés de sorte que leurs directions de polarisation soient orthogonales. Comme illustré ci-à droite, la lumière vibrant suivant une direction perpendiculaire ou parallèle aux deux prismes Nicol ne passe pas. Bien que la superposition de ces deux prismes de Nicol produise une image noire, la lumière transmise par l’échantillon placé entre les prismes de Nicol croisés peut tout de même passer et être observée en fonction de sa direction de vibration.
Caractéristiques des minéraux observées sous éclairage polarisé
Cette sous-section détaille les principales caractéristiques des minéraux observées au microscope pétrographique.
Forme des minéraux
Lorsqu’un minerai ou une roche est observé(e) à l'œil nu, seule sa forme générale, en colonne ou en tablette par exemple, peut être déterminée. En revanche, si vous découpez une fine tranche de minerai, préparez cet échantillon sur une lame de verre et utilisez un microscope pétrographique pour l’observer au moyen de prismes de Nicol, vous pouvez observer sous grossissement la forme de ses minéraux de manière sélective.
Clivage
On appelle clivage les multiples fissures linéaires (stries), parallèles ou croisées à angle fixe, qui apparaissent lors de l’observation sous éclairage polarisé au moyen de prismes de Nicol parallèles.
Indice de réfraction
Cet indice, qui spécifie le degré de déviation de la lumière, peut être contrôlé lorsque la lumière traverse un minéral. Lors de l'observation au microscope pétrographique, l’indice de réfraction peut être déterminé en vérifiant si les prismes de Nicol parallèles font apparaître les fissures (stries) et les contours du minéral en un noir bien net.
Pléochroïsme
Lorsqu’un minéral de couleur connue peut changer de couleur selon son orientation sous un éclairage polarisé par prismes de Nicol parallèles, on parle de pléochroïsme. En cas de pléochroïsme, une même couleur peut être observée deux fois par rotation de l’échantillon à 360°. Par exemple, lors de l’observation d’une hornblende sous éclairage polarisé, la rotation à 90° fait alternativement paraître l’échantillon marron clair et marron-vert foncé, révélant un pléochroïsme.
Structures zonales
Les structures zonales sont des structures dans lesquelles la composition d’un même cristal diffère entre l’extérieur (qui croît en dernier) et l’intérieur (qui croît en premier) en raison de sa croissance. Ces structures se retrouvent communément dans les minéraux tels que le plagioclase et le pyroxène, contenus dans les roches ignées. Les prismes de Nicol croisés sont utilisés lors de l'observation des structures zonales sous éclairage polarisé.
Teinte d’interférence
À chaque rotation de l'échantillon à 360° sous éclairage polarisé par prismes de Nicol croisés, l’image passe quatre fois du clair au sombre. La position à laquelle l’image semble la plus claire est appelée position diagonale. La couleur du minéral qui peut être observée à la position diagonale est appelée teinte d’interférence.
Angle d’extinction
À chaque rotation de l’échantillon sous éclairage polarisé par prismes de Nicol croisés, plusieurs cristaux de minéral apparaissent clairs ou sombres. Pour les minéraux qui apparaissent sombres quatre fois sur une rotation à 360°, la position la plus sombre correspond à la position d’extinction. L’angle entre cette position et l'axe vertical du champ de vision est appelé angle d’extinction.
Allongement positif et négatif
Avec un filtre lambda (lame teinte sensible/lame pleine onde) inséré entre les prismes de Nicol croisés, la rotation de l’échantillon fait apparaître les fissures (stries) et fins contours du cristal en jaune et bleu. Si la direction Z’ du filtre lambda correspond approximativement à la direction d’allongement du minéral lorsque la rotation s’arrête sur une position où la cible paraît bleue, l’allongement est positif. À l’inverse, si la direction d’allongement correspond à la direction X’, l’allongement est négatif.
Maclage
Le maclage se réfère au changement systématique du sens de disposition des atomes sur le plan cristallin dans un cristal minéral. En cas d’utilisation de prismes de Nicol croisés, les parties non éteintes peuvent être observées sous forme de stries droites claires et sombres dans le cristal d’un minéral ayant subi un maclage. La rotation de l’échantillon inverse les parties claires et sombres.
Texture d’exsolution
La texture d’exsolution se réfère à la structure dans laquelle un minéral solide, tout en demeurant solide, se sépare (subit une exsolution) en au moins deux types de minéraux sous l’effet d’une légère diminution de la température. Les prismes de Nicol croisés permettent d’observer ces textures sous éclairage polarisé.
Exemple d’observation de minéraux sous éclairage polarisé au microscope numérique 4K
Lors de l’observation de minéraux sous éclairage polarisé, il est nécessaire de pouvoir percevoir clairement tout changement d’aspect dû à l’angle. Cependant, l’observation des minéraux pose un certain nombre de problèmes : il est très difficile de déterminer les conditions optimales de transmission de la lumière, la technique nécessite une parfaite maîtrise et prend beaucoup de temps et l’évaluation varie d’un opérateur à l’autre.
Le microscope numérique 4K Série VHX de KEYENCE intègre un système optique haute performance, un capteur d’image CMOS 4K et un système d’observation, proposant une multitude de fonctions facilement accessibles.
De plus, quelques étapes simples suffisent pour capturer des images haute résolution 4K sous éclairage polarisé, similaires à celles obtenues avec des prismes de Nicol parallèles ou croisés, pour une identification du minéral et une observation de sa structure plus rapides et efficaces que jamais.
Cette sous-section vous présente un exemple d’observation de minéraux sous éclairage polarisé avec la Série VHX.
Observation de minéraux sous éclairage polarisé
Le système d’observation du microscope numérique 4K Série VHX assure un déplacement motorisé de la platine suivant plusieurs axes, notamment pour la mise au point et la rotation, garantissant une observation précise et efficace sous éclairage polarisé.
Outre ce système, qui combine haute fonctionnalité et convivialité, KEYENCE propose une large gamme d’objectifs pour répondre à tous les besoins, égalant l’observation avec prismes de Nicol parallèles comme croisés.
Un double objectif zoom (VH-ZST) peut être utilisé pour profiter d’une large plage de grossissement (20x à 2000x) sans changer d’objectif. L’éclairage combiné contrôlé par l’objectif et les divers adaptateurs optiques permettent de bénéficier d’une multitude de conditions d’éclairage pour créer un environnement propice à l’identification des minéraux et à l’observation de leur structure. Le système optique haute performance et l’éclairage s’allient au capteur d’image CMOS 4K, pour afficher des images haute résolution 4K idéales pour l’observation des minéraux.
Un microscope numérique 4K qui facilite l’observation et l’analyse d’une multitude de cibles notamment des minéraux
Le microscope numérique 4K Série VHX allie haute performance et fonctionnalité avancée et offre des images haute résolution 4K. Il propose de nombreux modes d’observation, notamment champ clair, champ sombre, éclairage polarisé et contraste interférentiel différentiel. La commande automatique facilite l’observation et l’analyse d’une multitude de cibles, accélérant sensiblement tout travail de recherche.
Équipée de nombreuses fonctions, la Série VHX fait de l’observation avancée sur image 4K une réalité. La fonction d’éclairage multiple optimise la détermination des conditions d’éclairage optimales d’une simple pression sur un bouton et la fonction de composition en profondeur permet de capturer des images entièrement nettes de la totalité du champ de vision, même en cas d’observation d’une cible tridimensionnelle sous fort grossissement.
Notre microscope exécute également, en quelques étapes simples, une multitude d’analyses avancées : mesures 2D et 3D à l’échelle submicronique, acquisition et mesure de profil sur image 3D, comptage/mesure automatique de surface, etc.
De plus, Excel peut être directement installé sur la Série VHX, permettant la création automatique de rapports détaillés à l’aide de modèles. Un seul microscope et vous voilà parfaitement équipé pour exécuter toutes vos observations et analyses avec efficacité et fluidité.
Pour plus d’informations ou pour toute demande concernant la Série VHX, cliquez sur les boutons ci-dessous.
