Développement d’un outil couplé d’analyse élémentaire et morphologique adapté au solide divisé

Development of an approach for the morphological and elementary analysis of powder

• Auteur / Autrice : Mouad Essani
• Direction : Philippe Jonnard, Emmanuelle Clamond-Brackx
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie analytique
• Date : Soutenance le 14/10/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie physique-matière et rayonnement (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Walter
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Robaut, Fabien Pointurier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Raynald Gauvin, Marie-Christine Lépy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Uranium

Structure

Poudres

Spectroscopie des rayons X

Microanalyse par émission X

Mots clés libres

Microanalyse X

Microscopie électronique à balayage

Microparticules

Spectrométrie X à dispersion d’énergie

Analyse quantitative

Simulation Monte Carlo

Poudres uranifères

Electron probe microanalysis

Monte Carlo simulation

Microparticles

Résumé

Les poudres sont formées d’une assemblée de microparticules solides se présentant sous une forme individuelle ou agglomérée. Leur caractérisation présente un intérêt particulier pour les secteurs industriels dont les activités nécessitent la mise en place des méthodes de synthèse et d’utilisation du solide divisé (broyage, cristallisation, frittage, atomisation…). L’accès aux informations élémentaires et morphologiques des poudres est particulièrement indispensable dans l’industrie nucléaire. La microanalyse X par sonde électronique a un volume d’analyse de l’ordre de quelques micromètres cubes et permet l’investigation des microparticules composant la poudre. Couplée à la microscopie électronique, elle donne la possibilité d’effectuer une caractérisation à la fois élémentaire et morphologique. La caractérisation élémentaire s’effectue via la mesure des rayons X émis par chaque élément. Les rayons mesurés fournissent des informations qualitatives et quantitative sur la composition de l’échantillon analysé. Cependant, les outils de quantification conventionnels se basant sur l’utilisation des étalons sont restreints au cas des échantillons massifs, plans et polis, et présentent des limitations lors de l’analyse des poudres. Ces limitations sont essentiellement dues aux pertes d’intensités causées par les effets géométriques dans les microparticules composant la poudre. Le travail présenté dans cette thèse consiste à développer un outil basé sur la microanalyse X afin de répondre aux besoins liés à la quantification des poudres. Une méthodologie sans étalon adaptée à la caractérisation des poudres a été conçue en apportant des corrections relatives aux effets géométriques.

The characterization of powder composed of solid microparticle assemblies presents a considerable interest in multiple areas. It is often important in many industrial sectors to know whether a powder manufacturing protocol produces a homogeneous stoichiometry and composition of the powder. Investigating both the composition and morphology of individual particles is particularly essential in the nuclear industry. Electron probe microanalysis (EPMA) is one of the most widely-used non-destructive techniques for the quantification of solid samples. Its capacity to perform analyses in a microscopic volume gives the possibility to perform both qualitative and quantitative analysis of microparticles. Coupled with image analysis methods using electron microscopy, elementary and morphological information can be obtained. Elementary characterization is carried out by measuring the X-rays emitted from each element. Quantitative EPMA can be further performed, where the concentration of each element is determined by means of their emitted X-rays intensity. However, quantitative EPMA is usually performed using bulk polished standards and is more likely to fail when analyzing non-conventional samples such as powder. This is mainly caused by the influence of the size and morphology of the particle on its X-ray emission, which requires a correction of geometrical effects in the quantitative procedures. The work presented in this thesis consists in developing a tool based on EPMA in order to meet the needs related to the quantification of powder. A standardless methodology adapted to the characterization of powder was developed in which geometrical effects are taken into account.