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Manifestation d’intention

Nouveau spectromètre de masse ToF-SIMS pour le patrimoine et les matériaux

Acronyme : AMIToFSIMS (Art and Materials Imaging by ToF-SIMS)

Laboratoire porteur : IRCP (UMR #8247)

• Antoine Seyeux (antoine.seyeux@chimieparistech.psl.eu) – équipe PCS
• Gilles Wallez (gilles.wallez@chimieparistech.psl.eu) – équipe PCMTH

Laboratoire co-porteur : LAMS (UMR #8220)

• Alain Brunelle (alain.brunelle@cnrs.fr)

Le projet co-porté par l’Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP - UMR #8247), équipes Physico-Chimie des Surfaces (PCS) et Physico-Chimie des Matériaux Témoin de l’Histoire (PCMTH), et le Laboratoire d’Archéologie Moléculaire et Structurale (LAMS - UMR #8220), a pour objet l’acquisition d’un spectromètre de masse ToF-SIMS (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) de toute dernière génération, couplé à une colonne FIB (Focused Ion Beam).

Ce projet remplacerait deux instruments ToF-SIMS vieillissants actuellement en service, pour structurer un pôle d’excellence en analyse de surface au sein de l’écosystème francilien. Il renforcera les synergies entre recherche académique et besoins industriels dans le domaine des matériaux, en mettant à disposition des communautés scientifiques régionales une technologie de caractérisation de tout premier plan, adaptée aux approches multi- échelles et multidisciplinaires.

Avec une source d’ions d’analyse permettant une résolution latérale ultime de 50 nm, et une résolution en masse de 20 000, ce ToF-SIMS, associé à une colonne FIB, offrira une capacité unique d’analyse chimique 3D à très haute résolution, particulièrement adaptée à l’étude de matériaux complexes présentant des interfaces enfouies, des hétérogénéités structurales ou chimiques, ou des architectures multicouches. Ce type d’instrumentation est aujourd’hui indispensable pour relever les défis liés à la compréhension des phénomènes physico-chimiques à l’échelle nanométrique, notamment dans des systèmes où les propriétés de surface influencent fortement les performances, la stabilité ou la durabilité des matériaux. De même, la source d’ions GCIB (gas cluster ion beam), fournissant des agrégats massifs d’argon, est d’une importance fondamentale pour analyser en 3D des matériaux purement organiques et pour nettoyer la surface polluée de matériaux dont l’histoire est mal connue.

Dans un contexte international marqué par une forte compétition scientifique et technologique, cet équipement garantira le maintien de l’excellence des laboratoires partenaires dans leurs domaines respectifs associés aux deux DIM MaTerRE et PAMIR, en favorisant des avancées majeures en science des surfaces, corrosion et science des matériaux. Il ouvrira la voie à de nouveaux développements dans des domaines stratégiques tels que l’énergie (nucléaire, batteries, photovoltaïque), les transports, les matériaux de construction et les matériaux hybrides et complexes du patrimoine.

Au sein de l’IRCP et dans la thématique des matériaux du patrimoine, la spectrométrie de masse ToF-SIMS est déjà utilisée pour étudier les mécanismes d’altération des verres patrimoniaux, notamment l’impact de traitements de conservation (comme le rinçage à l’eau) sur la structure de la couche hydratée et la stabilité à long terme de ces matériaux. Par ailleurs, l’expertise de l’équipe PCS dans le domaine de la corrosion des métaux ouvre de nouvelles perspectives pour l’analyse fine des produits de corrosion, des interfaces métal/oxyde et des couches protectrices formées naturellement ou artificiellement sur des objets anciens.

Au LAMS le ToF-SIMS est utilisé depuis longtemps, en particulier pour analyser des coupes stratigraphiques de tableaux anciens. Cette méthode est particulièrement bien adaptée à ce type d’échantillon car elle est la seule qui permet de cartographier en une seule analyse les compositions organique et minérale. Cependant les interprétations les plus fines se heurtent à résolution en masse limitée de l’appareil actuel. Ce nouvel équipement contribuera ainsi de manière décisive à la compréhension des processus de dégradation ou de stabilisation des matériaux patrimoniaux.

Tout autre membre du DIM PAMIR intéressé par ce projet est invité à nous contacter.