Analyse et Caractérisation des matériaux par Diffraction des Rayons X (DRX) en Laboratoire

Qu’est ce que l’analyse par diffraction des rayons X (DRX) ?

La Diffraction des Rayons X (DRX ou XRD) est une technique utilisée en laboratoire pour étudier la structure des matériaux, qui permet d’étudier les différentes phases de matières et matériaux cristallins. Cette méthode consiste à diffuser des rayons X sur le matériau et à mesurer les angles de diffraction.

Elle permet d’obtenir des informations quantitatives sur l’arrangement des éléments d’un matériau, ainsi que des informations qualitatives pour identifier les composés cristallins et leurs formes, en mesurant la diffraction de rayons X sur ces derniers. Avoir des informations précises sur la structure cristalline d’un matériau est essentielle pour comprendre ses propriétés physiques et chimiques.

La mesure des contraintes résiduelles lors d’une analyse DRX

La mesure des contraintes résiduelles par diffraction des rayons X est une méthode d’analyse permettant d’évaluer les niveaux de contraintes imposés sur les couches superficielles, et comprendre comment ces forces affectent la résistance et la durabilité du matériau.

Les résultats de l’analyse DRX permettent de visualiser la distribution des contraintes à l’intérieur d’un matériau, ainsi que de fournir des valeurs de tension résiduelle et de déformation. Ces informations sont d’une grande importance pour les industries qui veulent assurer des produits de qualité pour leurs clients.

analyses ayant recourt à la DRX :

  • Caractérisation de substituts osseux (poudre hydroxyapatite HAP selon la norme NF ISO 13779-3 notamment)

  • Qualification de laitiers de fonderie

  • ...

Les différents champs d’application de l’analyse DRX

Les applications de l’analyse DRX sont nombreuses, notamment dans les domaines de la science des matériaux, de la métallurgie, de la géologie, de la microélectronique et de l’industrie pharmaceutique. En somme, l’analyse DRX est une méthode contribuant à améliorer la sécurité et la fiabilité d’une vaste sélection de produits.

Les matériaux concernés par l’analyse DRX en laboratoire

La diffraction de rayons X est une méthode d’analyse physico-chimique. Cette analyse concerne exclusivement la matière cristallisée, telle que les minéraux, métaux, céramiques et les composites. Elle n’est généralement pas applicable aux liquides. Par ailleurs, la diffractométrie de rayons X permet de distinguer des produits ayant la même composition chimique brute mais une forme de cristallisation différente, et notamment sur les matériaux type : silices, aciers, alliages.

L’analyse DRX sur poudre pour l’industrie pharmaceutique

Dans le secteur pharmaceutique, la diffractométrie de rayons X sur poudre permet de déterminer la structure cristalline des médicaments. Nous utilisons cette technique pour identifier les composants individuels de médicaments complexes, ainsi que pour vérifier la pureté et la qualité des matières premières.

L’analyse DRX des minéraux et solides naturels

L’étude par diffraction des rayons X (DRX) est une technique analytique de pointe largement utilisée pour l’identification et la caractérisation des phases minéralogiques présentes dans des échantillons solides naturels, tels que les roches, les sols, les sédiments et les poussières.

Cette technique offre une analyse précise et non destructive des échantillons solides, permettant de déterminer la composition minéralogique, la structure cristalline et les propriétés physiques, ce qui peut permettre de comprendre l’origine, l’évolution et l’impact environnemental d’un matériau.

La DRX pour l’analyse des métaux

L’analyse DRX est une méthode utilisée pour déterminer la structure cristalline des métaux. La structure cristalline des métaux impacte leurs propriétés, et notamment la résistance, la ductilité, la conductivité thermique et électrique, la malléabilité et la ténacité du métal.

 

Cette analyse est souvent utilisée pour déterminer les contraintes résiduelles dans les soudures, les revêtements et les pièces forgées, afin d’éviter les défaillances prématurées. La DRX est aussi pratiquée dans l’industrie de la microélectronique ou de la construction.

Notre FAQ

Quels équipements sont nécessaires pour effectuer une DRX ?

Pour réaliser une analyse DRX, le laboratoire utilise un diffractomètre. Les résultats de la DRX sont obtenus sur un diagramme de diffraction. Ce diagramme est aussi appelé diffractogramme. 

Les modèles de diffraction obtenus et qui résultent du rayonnement X permettent de déduire la structure cristalline, et ainsi la structure des matériaux.

La différence entre analyse élémentaire et analyse DRX

Si l’analyse élémentaire permet d’identifier et de quantifier les éléments chimiques constitutifs d’un matériau. La Diffraction des Rayons X (DRX ou XRD) permet d’accéder à de nombreuses informations contenues dans l’arrangement même des éléments au sein d’un matériau. La DRX ou XRD permet ainsi d’identifier le ou les composés cristallisés présents dans un matériau ainsi que leurs formes cristallographiques.

La différence entre la loi Bragg et l’indice de Miller pour la DRX

Dans l'analyse de diffraction des rayons X, il y a deux concepts clés qui sont souvent utilisés pour interpréter les données: l'indice de Miller et la loi de Bragg. Bien qu'ils soient tous deux liés à la structure cristalline, leurs applications sont un peu différentes. 

L'indice de Miller, par exemple, permet de décrire l'orientation et la position relative des plans de cristaux dans l'espace, tandis que la loi de Bragg explique comment les rayons X interfèrent avec ces plans pour produire le schéma de diffraction caractéristique. En comprenant les différences entre ces deux concepts, les experts en diffraction des rayons X peuvent tirer des conclusions plus précises sur la structure d'un matériau cristallin.

Thomas ROUSSEAU
Thomas ROUSSEAU Directeur Scientifique et Technique
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