Spectrométrie de collisions élastiques et de réactions nucléaires. Théorie

Quelle que soit son origine, un solide minéral ou organique subit différentes transformations ou contraintes tout au long de son histoire. Depuis leur synthèse et jusqu’à leur éventuelle disparition, les matériaux naturels comme les minéraux, les roches, les molécules organiques et les édifices biologiques contenus dans les êtres vivants mais aussi les matériaux élaborés par l’homme comme les métaux, les alliages, les semiconducteurs, les céramiques ou les polymères voient leur composition chimique se modifier. Ces modifications de composition peuvent être seulement superficielles ou bien concerner une épaisseur de matière importante.

La répartition spatiale d’un ou plusieurs constituants du solide considéré peut avoir été altérée, des éléments nouveaux, absents du matériau au départ, peuvent y avoir été incorporés. La connaissance de la composition initiale du matériau et de son évolution en fonction des paramètres clés des transformations et des contraintes subies constitue un ensemble d’informations déterminant pour la compréhension des phénomènes physico-chimiques majeurs susceptibles de se manifester lors de son élaboration, lors de son utilisation propre ou bien lors de son vieillissement naturel. De nombreuses disciplines scientifiques sont ainsi concernées : sciences des matériaux, sciences de la terre et de l’univers, sciences de la vie (biologie, médecine, botanique), sciences de l’environnement, sciences humaines (archéologie, œuvres d’art), etc. Bien sûr, la mesure de la composition seule n’est pas en mesure en général de résoudre complètement le problème posé, des données complémentaires sur la morphologie et la structure du matériau ainsi que sur l’environnement chimique de ses constituants se révèlent souvent nécessaires.

• De nombreuses méthodes d’analyse élémentaire, destructives ou non, se sont développées en permettant l’accès à la composition moyenne pour une quantité de matière comprise entre le milligramme et le gramme, à la composition superficielle, à des teneurs locales dans un volume de matière de quelques µm ³ ou à des profils de concentration en fonction de la profondeur. Parmi elles, les techniques d’analyse par faisceau d’ions, en anglais Ion Beam Analysis (IBA) Methods , ont depuis le début des années 1960 pris un essor important à cause de leur souplesse analytique, de leur sensibilité intrinsèque et de leur relative indépendance vis-à-vis de l’environnement chimique de l’élément ou des éléments à caractériser. Au début des années 1970, la naissance de la microanalyse par faisceaux d’ions, où le faisceau incident de quelques mm ² était remplacé par un faisceau focalisé à quelques...