Gammes de métastabilité

Pendant le premier semestre de ma thèse, j’ai mesuré à nouveau les gammes de métastabilité des IF synthétisées par Kiril Shmulovich, pour confirmer les pressions négatives obtenues; et j’ai travaillé de la même façon que lui. La méthode consistait à mettre à la fois 3 ou 4 fragments de quartz dans la platine et de mesurer les Th et les Tn dans les IF. On utilisait des programmes de mesures à vitesses variables et les Th et Tn sont souvent mesurées à une vitesse de 10°C/min. Au bout de 6 mois, j’ai confirmé toutes les gammes de métastabilité (Shmulovich et al., 2009). Pour réaliser des mesures de cinétiques et de spectrométrie, j’ai été amené à retrouver les IF les plus intéressantes à faible et forte tension. Mais il a été extrêmement difficile de retrouver quelques µm3 parmi quelques millions de µm3 dans un fragment de quartz parmi les 3 ou 4 autres de même échantillon. Dans un même fragment, il y a des IF très semblables mais avec des comportements métastables différents. Par exemple, dans un fragment d’eau pure de l’échantillon 37, il y a trois IF voisines de même taille et forme (Fig. 22). Ces trois IF ont la même Th. Les IF 11 et 12 ont la même Tn mais l’IF13 n’a pas nucléée même en baissant la température jusqu’à -100°C.

A la suite des 1ères mesures de microthermométrie, on a fait un premier essai de mesure cinétique (le chapitre V est entièrement consacré à cette étude) sur une IF dans un fragment de quartz composé de trois plans d’IF. C’était un fragment très épais (~1cm) contenant des IF à H2O-0.2M NaHCO3, de forme cylindrique et de très grande taille, avec un taux de remplissage de ~20% (Fig. 23). Les inclusions étaient réparties en réseaux parallèles extrêmement denses à la fois parallèlement à la surface du cristal et en profondeur (Fig. 23). Cet échantillon avait été synthétisé pour réaliser des mesures physiques nécessitant un grand volume d’eau métastable, de type diffraction des neutrons. Cette mesure est réalisable si l’IF peut rester métastable pendant le temps de l’acquisition. Pour tester la faisabilité de l’expérience, j’ai été amené à mesurer la durée de vie dans cet échantillon. contrôlés avant de quitter le laboratoire. Le lendemain matin, nous avons trouvé des dégâts des eaux, le contrôleur de température ne fonctionnait plus, la fenêtre en silice de la platine et la sonde de température étaient cassées. Le condenseur du microscope était démonté et des petits morceaux de l’échantillon étaient éjectés partout dans le laboratoire (sur la moquette, sur la fenêtre et même dans le bureau d’en face). Avec le recul de plus d’un an de mesures cinétiques sans incident, nous pensons que la cause de cet accident a été la relaxation simultanée d’un grand nombre d’IF, soit d’un volume d’eau métastable très important, confiné dans une petite masse de silice. Cet accident a coûté 800euros de réparations pour la seule platine. Par la suite, des monocristaux de quartz plus conventionnels ont été étudiés, contenant des inclusions plus petites et en moins grands nombres.

1. Dans un premier temps, j’ai attribué un nom à chaque fragment de quartz d’un même échantillon, pour éviter les mélanges. Par exemple dans l’échantillon 37 d’eau pure, noté N37, il y a 3 fragments notés a, b et c. Les fragments ont été nettoyés pour éliminer les traces de matière organique sur les surfaces et les fissures provenant d’une résine mal dissoute. Les fragments ont été d’abord trempés dans un bécher contenant de l’acétone + de l’eau oxygénée à 30% volume + une goutte d’ammoniaque puis passés aux ultrasons. De même, les outils utilisés (pinces, spatule, aiguilles…) ont été nettoyés à l’acétone avant et après chaque utilisation. 2. Les surfaces de fragments ne sont pas parfaitement planes. Une étude de planéité est donc importante pour mieux contrôler les problèmes de gradients de température sur la platine. A l’aide d’un microscope optique et en lumière réfléchie, j’ai mesuré l’épaisseur des fragments en plusieurs points de la surface (Fig. 24a). Ces épaisseurs sont corrigées si nécessaire pour l’indice du minéral (1.5 pour le quartz). Sur les fragments de quartz ayant des épaisseurs supérieures à 600 µm (Fig.24b), les gradients verticaux sont importants et le choix des IF est donc compliqué. Si une IF intéressante se trouve dans un cristal à plus de 600µm de hauteur, je repère la face du fragment qui permet de placer l’IF à la distance la plus proche de la surface. 3. Le repérage est l’étape la plus longue et la plus difficile. Il faut d’abord trouver des points de repère permettant de reconnaître chaque face du fragment de quartz (un exemple dans la figure 25a).