Action Nationale de Formation 2021 « Atelier cellule à enclumes de diamant »

Les cellules à enclumes de diamant (CED) constituent aujourd’hui un équipement « haute pression » standard, ayant des d’applications dans des domaines aussi diversifiés que les sciences physiques, la chimie, les matériaux, les sciences de la Terre, la biologie. Les CED sont en effet des outils avec lesquels on peut sonder un vaste domaine de pression (de 1 à plusieurs centaines de GPa), en y associant si besoin des conditions de température extrêmes (basses ou hautes températures) et de s’adapter à de nombreuses techniques de caractérisation des matériaux : diffraction des rayons X, spectroscopies (RX, visible, Raman, Brillouin), luminescence, absorption (RX, infrarouge). Ces mesures sont réalisées en laboratoire et/ou sur grands instruments (SOLEIL à Gif-sur-Yvette, ESRF à Grenoble), dont l’intensité et la brillance du faisceau synchrotron permettent l’étude approfondie d’échantillons microscopiques dans un temps très court. La CED est ainsi une technique qui permet d’explorer des états extrêmes de la matière (e.g. métallisation de l’hydrogène) mais son utilisation a aujourd’hui largement dépassé le cadre de la physique de la matière condensée proprement dite. Les chimistes les utilisent pour synthétiser de nouveaux matériaux et favoriser certaines réactions en déplaçant l’équilibre par l’application d’une pression. Les biologistes se tournent également vers l’emploi des CED pour caractériser des comportements piézophiles du milieu vivant.

Les précédentes éditions de cette formation, organisées par le réseau HP en 2006, 2009 et 2014 ont toujours rencontré un vif succès. Pour l’édition 2021, nous avons souhaité nous inspirer des anciennes versions tout en apportant de nouveaux cours en adéquation avec l’évolution de ces outils, afin de proposer une formation très complète.

Cette formation s’est déroulée dans les locaux du synchrotron SOLEIL à St Aubin, avec une journée de démonstration d’expériences au laboratoire IMPMC à Paris (le jeudi 28 octobre).

Une alternance de cours et travaux pratiques a été dispensée, ainsi qu’une visite de 5 lignes de lumière utilisant la haute pression à SOLEIL. Les stagiaires ont été logés sur le site de SOLEIL, ce qui a facilité l’organisation de la formation et les interactions entre participants.

12 stagiaires ont été formé·e·s (nombre maximum), la moitié étant des doctorant·e·s.

Objectifs de la formation

Enseigner aux chercheur·e·s, ingénieur·e·s, technicien·ne·s et étudiant·e·s souhaitant s’initier au maniement des cellules à enclumes de diamant, les règles élémentaires qui doivent être observées au cours de leur utilisation :

• dans le montage de la cellule (assemblage de toutes les pièces, choix des diamants et sertissage),
• dans le réglage du parallélisme des surfaces des diamants en regard et de la concentricité de l’ensemble qui doivent toujours être optimisés,
• dans la préparation du volume expérimental (quelques centaines de micromètre cube),
• dans le chargement de l’échantillon et du choix du calibrant de pression,
• dans le contrôle de tous ces paramètres (concentricité, parallélisme, etc.) au cours de l’expérience.

Les grands axes du programme :

• Principes de réalisation, de fonctionnement, de montage et de réglage des CED
• Méthodes de préparation des joints et de chargement des échantillons (milieu gaz, solide, liquide)
• Méthodes de chauffage des échantillons
• Méthodes de mesures de pression et de température
• Techniques d’analyses en CED

Programme détaillé

Intervenants internes et externes :

Ramesh ANDRE, CEA Bruyères-Le-Chatel

Benoît BAPTISTE, IMPMC, Paris

Keevin BENEUT, IMPMC, Paris

Frédéric DATCHI, IMPMC, Paris

Gaston GARBARINO, ESRF, Grenoble

Céline GOUJON, Institut Néel, Grenoble

Yoann GUARNELLI, IMPMC, Paris

Nicolas GUIGNOT, ligne PSICHE, Synchrotron SOLEIL, Gif-sur-Yvette

Jean-Paul ITIE, ligne PSICHE, Synchrotron SOLEIL, Gif-sur-Yvette

Florent OCCELLI, CEA Bruyères-Le-Chatel

Paraskevas PARISIADES, IMPMC, Paris

Alain POLIAN, IMPMC, Paris

Angelika ROSA, ESRF, Grenoble

Ainsi que les responsables des lignes ODE, SMIS, CRISTAL et GALAXIES à SOLEIL pour la visite.

Comité d’organisation :

Nicolas Guignot (Synchrotron SOLEIL, St Aubin)

Paraskevas Parisiades (IMPMC, Paris)

Frédéric Datchi (IMPMC, Paris)

Nadège Hilairet (UMET, Lille)

Céline Goujon (Institut Néel, Grenoble)

avec le soutien de Mmes Astrid Appert et Marie-Laure Faugier du pôle formation du service mutualisé d’Ile-de-France, délégation CNRS DR01 Paris-Villejuif.