MICROSCOPIE OPTIQUE, METALLOGRAPHIQUE et ELECTRONIQUE A BALAYAGE by morgossi7a3

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									           CIRAM
           Centre d’Innovation et de Recherche
           pour l’Analyse et le Marquage



                                   MICROSCOPIE OPTIQUE, METALLOGRAPHIQUE
                                      et ELECTRONIQUE A BALAYAGE (MEB)

                                              Authentification des objets en métal




Dans le cadre de problématiques d'authentification, le recours à différentes techniques de microscopie,
associées à une microanalyse élémentaire en dispersion d'énergie de rayons X (EDX), permet de
déterminer la nature du métal et des produits de corrosion. Cette approche renseigne également sur le
degré d’altération du matériau, ce qui permet de se prononcer sur l'ancienneté d'un objet.

Un prélèvement de matière (quelques mm) est impératif pour permettre l’étude. Il est ensuite inclus dans
une résine époxy et une microsection perpendiculaire à la surface est réalisée. La microsection est
métallisée à l'aide d'une cible or-palladium pour l’étude par MEB. Cette opération est à l’origine de la
présence d’or (Au) et de palladium (Pd) observée sur les spectres EDX.


Caractérisation du matériau

L'analyse élémentaire du métal constitutif de l'objet indique s'il s'agit d'un bronze, d'un laiton, d'un alliage or-
argent-cuivre…

Les résultats de l'analyse élémentaire semi-quantitative correspondent à la moyenne pondérée de plusieurs
mesures effectuées dans des zones différentes. Les valeurs sont exprimées en % massique normalisées à
100%. Pour les éléments, dont la teneur calculée est inférieure au pour-cent, la valeur donnée est avant tout
indicative de la présence de l’élément.

Dans l'exemple ci-dessous, les proportions en cuivre et en étain sont compatibles avec celles mesurées
dans des objets attestés et fabriqués selon les techniques métallurgiques traditionnelles antiques. Toutefois,
ce résultat n'est pas suffisant pour définir la compatibilité chronologique de l'objet.

                       Cu                 Sn              Pb              Zn
Métal sain           94.9 ±2           3,2 ± 0,2       1,8 ± 1,7       0,1 ± 0,2

Dans certain cas (tableau ci-dessous), l'alliage contient des éléments indiquant qu'il découle de procédés de
fabrication moderne. En effet, la présence d'aluminium dans des teneurs non négligeables indique que cet
alliage (un laiton) a été fabriqué à partir du XIXème siècle. En effet, le procédé chimique d'extraction de
l'aluminium a été mis au point par Friedrich Wölher en 1827, et Henri Sainte-Claire Deville en a développé
l'industrie en France à partir de 1854.

                        Al                Fe              Cu             Zn           Sn             Pb
    Métal            2,9 ± 0,4         1,3 ±0,2        74,0 ±0,3       17,1 ± 1    2,5 ± 0,4      2,1 ± 0,4


Estimation du degré d'altération du matériau

L'observation en microscopie métallographique en mode champ clair (Fig. 1) révèle, dans ce cas, que la
corrosion pénètre vers l'intérieur de l'objet et qu’elle s'accompagne de la fissuration interne de la phase inter-
granulaire.




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L'observation de la surface de l'alliage à fort grandissement montre une fissuration superficielle qui
correspond vraisemblablement à une phase d'écrouissage de l'objet. Cette technique, qui augmente la
résistance du métal à la déformation, est compatible avec l'ancienneté présumée de l’objet.
Associé aux phénomènes d'altération préférentielle, on observe le développement de porosités superficielles
qui correspondent à la disparition des globules de plomb (Fig. 2).
Ces résultats sont caractéristiques de l'altération naturelle des alliages de cuivre.



                                                                                                       C
                                                                                     C

                          R



                                                                               P

 Fig. 1 : Vue de détail de la surface du bronze. On      Fig. 2 : Vue de détail de la surface corrodée. On
 observe que la surface de l'alliage est altérée (R).    observe que la phase riche en cuivre (C) est
 Cette corrosion se développe vers l'intérieur et        préférentiellement altérée et que la phase riche
 s'accompagne de la fissuration interne de la            en étain (flèches) est bien conservée. Nous
 phase inter-granulaire (flèches) (Microscope            avons également mis en évidence la présence
 métallographie, champ clair, x200).                     de porosités superficielles (P) qui correspondent
                                                         à la disparition du plomb (MEB, ERD, x400).



Dans l'exemple présenté ci-dessous, l'observation de la surface de l'objet, en microscopie métallographique
(Fig. 3) indique que la surface du métal présente un très faible degré d'altération.
On n'observe pas de développement interne des processus de corrosion.

Cette caractéristique ne correspond pas aux phénomènes naturels d'altération des alliages de cuivre.




                                                        Fig. 3 : Vue de détail de l'alliage. La corrosion (flèches)
                                                        reste très superficielle, elle ne pénètre pas et ne se
                                                        développe pas vers l'intérieur du matériau (microscope
                                                        métallographique, champ clair, x100).



L'observation à plus fort grandissement (Fig. 4 et 5) révèle également que la corrosion reste très superficielle
et que son épaisseur est très faible (< 30 µm). De plus, les globules de plomb, proches de la surface, sont
bien conservés ; ils ne présentent aucune altération particulière.
Ces résultats ne correspondent pas aux phénomènes provoqués par l'altération naturelle de longue durée
des alliages de cuivre.

Ils sont donc problématiques, pour un objet supposé avoir été fabriqué il y a plusieurs siècles.



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                  C
                                                                                                               C
                                                                                 C



                                       C




       Fig. 4 : Vue de détail de la surface de                        Fig. 5 : Vue de détail de la surface de
       l'alliage. On remarque le très faible                          l'alliage. On observe que la corrosion (C)
       développement des phénomènes de                                reste très superficielle. Les globules de
       corrosion du métal (C) qui restent trop                        plomb proches de la surface (flèche)
       superficiels pour un objet présumé de                          présentent également un bon degré de
       cette époque (MEB, ERD, x650).                                 conservation (MEB, ERD, x800).



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