Applications MATRIX
Tous types de matériaux (ciment, membrane de filtration, batterie, …), échantillons biologiques (organismes, organes, végétaux, cellules, …) et échantillons naturels (sols, sédiments, météorites, …) peuvent être caractérisés avec une approche corrélative et multi-échelle. Les problématiques abordées sont très larges, en particulier en lien avec la transition environnementale et énergétique, l’archéologie ou encore les nouveaux matériaux.
Etudier le transfert sol/plantes de contaminants métalliques
Ex. Localisation de l’yttrium (Y, une terre rare) dans la plante alpine Saxifraga paniculata, connue pour présenter une tolérance élevée et un potentiel intéressant d’accumulation des métaux. La spectrométrie de masse LA-ICP-MS et la spectrométrie de fluorescence X (micro-XRF) en synchrotron ont été utilisées pour localiser l’yttrium (Y) dans les tissus végétaux (racines et feuilles) et identifier les éléments co-localisés.
Observer les mécanismes de défense des plantes
Ex. Comptage in-situ des phytolithes dans des feuilles de blé dur soumis à un stress hydrique croissant. Sur les images 3D de feuilles de blé (micro-CT), on distingue des trichomes silicifiés et des phytolithes allongés qui ont pour rôle de renforcer la structure de la feuille. En présence de silicium, les feuilles accumulent des phytolithes dans leurs veines ce qui améliore le développement général de la plante.
Analyser l'architecture d'un système racinaire
Ex. Evaluation des effets toxiques d’un sol naturellement riche en métaux en suivant le développement du système racinaire de plants de fétuque (Festuca laevigata). La micro-CT permet d’analyser en 3D l’architecture du système racinaire en incluant les racines les plus fines (quelques dizaines de µm de diamètre).
Evaluer l'impact environnemental de la réutilisation de déchets
Ex. Suivi du comportement du Cu et du Zn dans un système tropical eau-sol-plante suite à l’épandage de lisier de porc. L‘analyse micro-XRF du lisier de porc et le traitement statistique des spectres obtenus par SIMPLISMA permettent d’identifier la co-localisation du Cu et du Zn avec les autres éléments du liser, puis d’émettre des hypothèses sur la nature de leurs phases porteuses et sur leur spéciation. La spéciation des métaux peut ensuite être validée par spectroscopie d’absorption X (XAS) en synchrotron.
Caractériser un matériau, un sol ou un sédiment
Identification de la nature des phases cristallisées, des minéraux et/ou des argiles présentes (DRX), détection des contaminations métalliques (micro-XRF), quantification de la porosité (micro-CT et nano-CT) …
Cornu et al., Geoderma, 2022. Allophanes, a significant soil pool of silicon for plants.
Etudier finement la porosité de nouveaux matériaux
Ex. Caractérisation d’un monolithe de silice synthétisé pour le traitement d’eaux contaminées par des produits pharmaceutiques. La morphologie de son réseau poreux (macropores) est caractérisée par micro-CT: nombre, taille, connectivité, tortuosité, … des pores peuvent être quantifiés.
Suivre les variations de structure interne de matériaux
Ex. Suivi du gonflement des feuillets d’une batterie au lithium (Li-ions) au cours de ses cycles de charge/décharge. L’image 3D de la batterie entière (micro-CT basse résolution, 1 vx = 42 µm) permet de se repositionner sur la même zone entre deux états de charge (SOC) pour l’acquisition micro-CT à haute résolution (1 vx= 1,6 µm). L’analyse des images 3D fournit une mesure de l’épaisseur de l’électrode et permet de quantifier son gonflement.
Localiser des agrégats de nanoparticules dans des matrices complexes
Ex. Détection ex-vivo et localisation de nanomatériaux (CeO2-NMs) dans des poumons de souris. L’approche corrélative et multi-échelles utilisée (couplant micro-CT, nano-CT, micro-XRF, XAS et observations histologiques) permet de visualiser la bio-distribution des CeO2-NMs à l’échelle d’un lobe entier et à l’échelle cellulaire, i.e. dans les macrophages.
Ex. Localisation de nanoparticules d’or (Au-NPs, 12 nm) au niveau de l’apex de racines d’Arabidopsis Thaliana. Le couplage de l’imagerie 2D (microscopie à champ sombre associé à de l’imagerie hyperspectrale, DF-HSI) et de l’imagerie 3D (nano-tomographie RX) améliore notre capacité à détecter et à visualiser les nanoparticules dans les tissus végétaux, jusqu’au niveau cellulaire. Les processus qui contrôlent l’absorption et la distribution des Au-NPs dans les tissus végétaux peuvent être identifiés (ex. accumulation du mucilage qui piège les Au-NPs).
Ex. Détermination de l’accumulation, de la localisation et de la spéciation de nanoparticules d’argent (Ag-NPs) dans des vers de terre après utilisation de nanopesticides. L’approche corrélative mise en jeu permet d’évaluer les capacités d’accumulation et les mécanismes physiologiques participant à la détoxication en Ag.
Suivre le transport de particules dans une fissure
Ex. Garantir la sécurité d’un colis de déchets radioactifs dans un scénario accidentel de fissuration de sa barrière de confinement en mortier. La micro-CT permet de visualiser in-situ des particules d’aérosols modèles qui ont migré dans la fissure. Les mécanismes de transport (rétention et/ou diffusion) des particules mis en jeu au sein du mortier fissuré peuvent être identifiés.
Evaluer la durabilité d'un matériau
Caractérisation de l’altération de matériaux (peinture, ciment, revêtement, plastique, verre …) au cours des différentes étapes de leur cycle de vie (usage, fin de vie, …).
Ex. Caractérisation du profil d’altération dans la zone en surface d’un ciment soumis à la lixiviation. L’évolution chimique, minéralogique et structurale (porosité) peut être quantifiée par une approche combinant micro-XRF, micro-DRX, micro-CT et nano-CT.
Ex. Suivi de l’apparition de fissures (micro-CT) dans un matériau de construction soumis à des cycles de gel/dégel.
Réaliser un contrôle non destructif
Ex. Repérage rapide de défauts dans des composants électroniques ou des soudures en enregistrant des radiographies 2D (micro-CT).
Ex. Vérification de la qualité d’une crème solaire. Des radiographies 2D à très haute résolution spatiale (nano-CT) renseignent sur la dispersion optimale des filtres nano-TiO2 pour une meilleure efficacité d’absorption des UV.
Créer des bibliothèques de modèles 3D
Numérisation d’un grand nombre d’objets par micro-CT pour créer des collections 3D à destination du grand public, de l’enseignement ou de la recherche.
Ex. Animation et intégration de modèles 3D de spécimens d’arthropodes (fourmis) dans un environnement de réalité virtuelle pour sensibiliser le grand public à la biodiversité négligée de Guyane (projet eBREVE).
Ex. Création d’une bibliothèque d’objets micropaléontologiques (foraminifères) afin d’étendre la possibilité d’observer et décrire du matériel pédagogique en 3D au delà des séances de TP (projet MicrovirtualPal).
Ex. Création d’une base de données ichtyologique 3D pour aider à l’identification ostéologiques de petits os actuels et archéologiques de téléostéens (poisseux osseux) (projet Ictyo3D).
Aider à l'identification d'objets archéologiques
Les techniques RX, non destructives, sont des techniques de choix pour l’analyse des objets archéologiques !
Ex. Optimisation de la restauration d’objets archéologiques après avoir déterminé sa composition chimique (ex. type d’alliage métallique) par micro-XRF.
Ex. Constitution de groupes de céramiques à partir d’une base de données chimiques construite avec des analyses eb fluorescence X portable (pXRF).
Ex. Manipulation virtuelle et analyse d’objets archéologiques très fragiles après numérisation 3D par micro-CT.
Suivre le développement embryonnaire
Ex. Vérification du bon développement du système pulmonaire d’un embryon de souris. L’imagerie 3D (micro-CT) permet de s’affranchir de l’étape délicate et chronophage de dissection et de préparation de coupes sériées.
Une image de micro-CT (volume de 1x1x1 mm3, 1 vx = 1 µm) correspond à l’observation de 1000 coupes histologiques de 1 µm d’épaisseur !