Microscopie par cathodoluminescence

Qu’est-ce que la cathodoluminescence ?

Lorsque un atome est bombardé par un faisceau d’électron, il peut être plus ou moins excité, et émettre différent rayonnements selon sa nature et l’intensité du faisceau. Cet ainsi que des rayons X, des électrons secondaires, des électrons rétrodiffusés ou encore des photons peuvent être émis. Lorsque ces derniers sont dans le domaine du visible, il s’agit de cathodoluminescence.

Quelles sont ses utilisations possibles en géologie ?

En géologie, la cathodoluminescence permet d’avoir une image différente de celle que l’on peut obtenir en lumière transmise. Les applications suivantes sont parmi les plus courantes, bien que beaucoup d’autres ne demandent probablement qu’à être découvertes… :
Roches volcaniques et métamorphiques et détritiques terrigènes :
De par les comportements très différents des minéraux en cathodoluminescence, il est possible de distinguer parfois aisément deux minéraux d’habitude très semblable. Deux plagioclases de compositions légèrement différentes pourront ainsi donner une cathodoluminescence bien différentiable. La CL permet également de faire ressortir certaines zonations, ou encore de distinguer des fantômes de minéraux recristallisés. L’habitus de certains quartz /feldspaths dans une brèche permet également parfois d’outre les distinguer les uns des autres, de déterminer leur origine authigène ou terrigène.
Roches carbonatées :
La calcite et la dolomie sont aisément différentiables en CL.
Deux atomes semblent jouer un rôle prépondérant quant à l’intensité de la CL. Le Mn a un effet d’activateur, et le Fe d’inhibiteur important. Une faible variation du rapport de Fe/Mn pourra donc induire une différence de cathodoluminescence.
Fe et Mn se trouvant souvent à l’état d’impuretés dans les carbonates, leur faible mobilité permet de distinguer encore des fantômes de fossiles, clastes ou autres, même dans des roches entièrement recristallisées. La variation des paramètres de P°, T°, pH, Eh influençant le coefficient de distribution de ces deux éléments, la cathodoluminescence permet également parfois de préciser l’histoire de la cimentation d’une roche.
Pour plus de précisions, consulter: D.J. Marshall (1988), Cathodoluminescence of geological materials, Allen & Unwin Inc, USA, disponible à la bibliothèque et Baumgartner-Mora C.;Baumgartner P.O., 03-1994.Shell structure of fossil foraminifera studied by cathodoluminescence. European Microscopy and Analysis 28 pp. 35-38.
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Préparation des échantillons
La meilleure façon d’observer une roche en cathodoluminescence est en lame mince, non couverte et polie. Il est possible de faire des premiers tests sans polissage mais le polissage est recommandé, pour les photographies notamment. L’épaisseur n’est pas importante, mais 30 microns conviennent bien.
Avant de mettre les lames dans l’appareillage, faire attention de ne pas mettre les doigts dessus et de nettoyer les lames à l’alcool.

Appareillage

OPEA : Cold cathode luminescence model 8200 MkII

Cathodoluminescence image of Miogypsina gunteri

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