Milieu cristallin : réseau et motif
La matière est toujours ordonnée la courte ou la longue échelle. Cette organisation nous permet de définir au sein celle-ci ce que nous appelons réseau. Le réseau est constitué par un ensemble de points appelés nœuds. Il est obtenue par translation dans l’espace de trois vecteurs non coplanaires qui déterminent les directions et les distances entre ces nœud. Chaque nœud présente dans un cristal le même environnement pour une direction donnée. C’est ainsi établi une propriété fondamentale des cristaux qui est la translation. En définissant d’abord les différents nœuds à partir d’une origine quelconque notée O. Le milieu cristallin peut être décrit comme une répétition infinie et périodique suivant les trois dimensions non parallèles et non coplanaires d’un ou de plusieurs atomes de même nature ou de nature différentes. Les cristallographes utilisent la notion de réseau introduite par Bravais par le biais d’un postulat dit de Bravais :
Etant donnée un point quelconque P du milieu cristallin, il existe dans ce milieu une infinité discrète, illimitée, périodique de points dans les trois dimensions de l’espace autour desquels l’arrangement atomique est le même qu’autour de P avec la même orientation.
Les mailles de Bravais sont l’ensemble de toutes les mailles possibles simples ou multiples, ayant la symétrie du réseau. Ces mailles de Bravais sont construites de façon que : leur symétrie corresponde à celle du réseaux total, le nombre d’angles droits et de faces égales soit maximal et enfin le volume de la maille soit minimal. En procédant ainsi, on arrive à 14 réseaux de Bravai.
Systèmes cristallins
Les systèmes cristallins sont caractérisés par des axes appelés axes de référence. Ce sont trois droites parallèles aux faces du cristal sur lesquelles on choisit des vecteurs (ceux du réseau). Les longueurs et les directions (angles formes entre eux) de ces derniers sont choisies en fonction des longueurs des côtes de l’unité de croissance cristalline. Ils se distinguent des axes cartésiens seulement du fait qu’ils sont construits sur les arêtes du cristal. Pour cela, on choisit les arêtes qui représentent mieux la symétrie du système la plus répandue. Par exemple : le cube pour le système cubique, le prisme quadratique pour le système quadratique, le prisme hexagonal pour le système hexagonal, ainsi de suite. Ces arêtes ont un sommet commun. On obtient trois axes ayant une origine commune. Par translation, nous allons faire correspondre cette origine avec le centre du cristal. Dans le système le plus symétrique (système cubique) ils sont tous égaux et font entre eux des angles droits. Maintenant nous allons étudier le système le moins symétrique : système triclinique.
La modification de la trajectoire d’un faisceau d’électrons
Le spectre de rayonnement électromagnétique émis par accélération ou décélération de particules chargées relativistes est source de rayons X. Les électrons monocinétiques, lorsqu’ils passent a côte du noyau atomique, subissent une force d’attraction coulombienne de la part de ce dernier qui les dévie de leur trajectoire rectiligne et les freine également. Ce freinage s’accompagne d’une perte d’énergie qui est due à l’émission d’un rayonnement de freinage dans le domaine des rayons X. Le rayonnement émis est d’autant plus énergétique que l’électron passe plus près du noyau. On remarque aussi qu’un faisceau d’électrons va donner un spectre continu d’émission . Lorsqu’on chauffe une cathode, on observe une émission d’électrons. L’impact de ces électrons émis et accélères par un champ électrique sur une anode métallique entraine un rayonnement X. Ce phénomène correspond au mode de production de rayons X par transition électronique : cas des tubes à rayons X.
Détection des rayons X
Invisibles a l’œil nu, les rayons X peuvent être transformés en phénomènes visibles. Grâce aux effets produits par le rayonnement dans le milieu de mesure, la détection de rayons X est possible. Et pour cela certaines méthodes sont applicables :
La méthode des écrans fluorescents : Un écran fluorescent est recouvert d’une couche de matériau fluorescent pour observer l’image due aux rayons X au cours des expériences. Les rayons X, invisibles à l’œil, peuvent être transformés en radiations visibles en rendant fluorescentes certaines substances comme le sulfure de zinc, le platinocyanure de baryum… La lumière émise par un écran soumis à l’action des rayons X est d’autant plus intense que l’intensité du faisceau est importante. De tels écrans sont utilisés pour la localisation des faisceaux de rayons X lors des réglages.
La méthode des films photographiques : La plaque photographique est un instrument utilisé pour la détermination précise de la position et de l’intensité des raies dans les diagrammes de diffraction. Avec le développement de la technologie, l’on a fini par abandonner les mesures d’intensité et a adopté d’autres techniques plus précises. Les émulsions photographiques utilisées sont des émulsions à gros grains de bromure d’argent. Un photon X agit sur un ion Ag+ le transforme en un atome Ag, chaque atome Ag noircit le film. Par conséquent, il se forme dans l’émulsion une image. Le degré de noircissement du film dépend de l’intensité de l’image radiante et du temps d’exposition au flux de rayons X.
Table des matières
Introduction Générale
1 Structures cristallines et rayonnement X
1.1 Milieu cristallin : réseau et motif
1.2 Directions et plans cristallographiques
1.2.1 Directions
1.3 Systèmes cristallins
1.4 Production des Rayons X
1.4.1 Les transitions électroniques dans les couches atomiques internes
1.4.2 La modification de la trajectoire d’un faisceau d’électrons
1.5 Détection des rayons X
1.5.1 La méthode des écrans fluorescents
1.5.2 La méthode des films photographiques
2 Interaction rayonnement X-matière : la diffraction des rayons X (DRX)
2.1 L’absorption des rayons X
2.1.1 Diffusion des rayons X par la matière
2.1.2 L’effet photo-électrique
2.2 Intensité des rayons diffractés
2.3 Exemple d’interaction rayonnement-matière : la diffraction des rayons X (DRX)
2.3.1 La diffraction par un monocristal
2.3.1.1 Diffraction par un monocristal fixe
2.3.1.2 Diffraction par un monocristal tournant
2.3.2 La diffraction par les poudres
3 La méthode Rietveld
3.1 Aspect fondamental
3.1.1 Description de la méthode
3.1.2 Affinement de profil par la méthode de Rietveld
3.1.3 Les facteurs de convergence
3.2 Aspect pratique
3.2.1 Modélisation du profil d’une raie de diffraction par une fonction analytique
3.2.2 Présentation des fichiers d’entrée et des fichiers de sortie
3.2.3 Le logiciel Fullprof
Conclusion Générale
Références bibliographiques
