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Les roches se sont formées il y a bien longtemps. L'observation attentive au microscope de ces roches et des minéraux qui la composent nous en dit beaucoup sur notre planète, sa composition et sa formation. Pour cela on fabrique à partir des roches des lames minces. Mais comment sont-elles fabriquées et que peut-on y lire?
Une chose pour commencer: les lames minces sont - comme leur nom l'indique - des petites plaques de roches de quelques micromètres d'épaisseur (20-30 μm) qui nous livrent une quantité énorme d'informations sur la composition et la nature de la roche. Tu en apprendras plus ci-dessous sur leur fabrication, leur utilisation et les secrets qu'elles cachent.
Comment sont fabriquées les lames minces?
La roche n'est, à quelques exceptions près, pas transparente. Mais pour observer une roche sous un microscope optique, il faut la rendre en quelque sorte transparente. C'est ce que l'on fait à l'aide de lames minces.
Tout d'abord on prélève des échantillons de la roche à étudier. Sur le terrain, le géologue la fractionne avec un burin ou prélève une carotte avec une perceuse spéciale. Au laboratoire, un technicien coupe ces échantillons en morceaux de même taille - le plus souvent d'un demi-centimètre d'épaisseur. L'étape suivante est l'une des plus importantes: on fait une inscription au feutre indélébile sur le petit bloc afin de ne pas confondre les différents échantillons. La face sans inscription est maintenant poncée et polie, soit à la main soit, comme dans la plupart des instituts géologiques, avec une ponceuse.
Il est très important primo, que la lame mince ne soit pas trop épaisse, et secundo qu'elle ait partout la même épaisseur. Si ce n'est pas le cas, les couleurs de la lame mince ne peuvent plus être utilisées pour identifier le minéral, car des artéfacts peuvent se produire.
Le côté plat est collé sur un support en verre. On utilise pour cela de la colle et du verre totalement transparents et incolores. Comme pour les images Panini de la coupe du monde de foot, il ne doit pas y avoir de bulles d'air. Pour finir, la face supérieure est elle aussi coupée et poncée de manière à ce qu'il ne reste qu'une lamelle de roche translucide de quelques micromètres d'épaisseur. Ici aussi, il est important d'étiqueter l'échantillon.
Arracher ses secrets à la roche
Le géologue pose la lame de verre portant la lame de roche polie (préparation) sous un «microscope pétrographique». La lumière arrive par en-dessous, traverse la préparation et parvient à l'œil de l'observateur par les dispositifs de grossissement (objectif et oculaire). Quant à l'éclairage, il s'agit soit de lumière normale, de lumière réfléchie (pour les minéraux non transparents même dans une lame mince) ou de lumière polarisée. Tous les minéraux ne peuvent être identifiés avec un seul type d'éclairage, c'est pourquoi les trois doivent être utilisés les uns après les autres. Avec les microscopes optiques pétrographiques, on atteint un grossissement de cent fois. Grâce à la microscopie photonique, le grossissement de ces morceaux agrandis peut être encore augmenté. Avec les microscopes électroniques à balayage, qui ne fonctionnent pas avec de la lumière, mais avec un faisceau d'électrons, les préparations peuvent être grossies 10'000 fois.
Lors de l'observation de telles préparations, un nouveau monde tout en couleurs s'ouvre à nos yeux. C'est surtout la couleur de la roche, observée sous lumière polarisée, qui en dit long sur les minéraux qu'elle contient.
Que nous révèle une lame mince?
Les lames sont pour ainsi dire de très anciennes photos de notre terre, desquelles nous pouvons tirer différentes informations sur l'histoire terrestre.
En principe, une lame mince permet de déterminer la composition exacte de toute roche. Les roches sont constituées de différents matériaux, un peu comme une construction en LEGO™ est composée de différentes briques de LEGO™. La structure, la forme et la couleur des différents minéraux sont très diverses, même si cela se voit rarement à l'œil nu. La structure, la forme et la disposition des différents minéraux en disent long sur notre roche: est-elle fissile, est-elle tendre ou dure, est-elle soluble dans l'eau, est-elle lourde ou légère? Une lame mince est indispensable avant tout pour découvrir comment les minéraux sont ordonnés dans la roche. Cette disposition donne aux géologues des indices sur les circonstances de la genèse et d'une éventuelle transformation des roches et sur l'endroit où elles se sont formées. En fonction de leur composition minéralogique, de leur origine et de leur formation, on peut distinguer les différents types de roches: roches magmatiques, sédimentaires ou métamorphiques (voir notre article sur le cycle des roches).
Quelquefois on trouve même de minuscules fossiles dans une lame mince. Les fossiles (voir notre album «Fossiles, trésors du passé») aident les scientifiques à reconstruire l'histoire de la terre. Ils sont souvent d'une taille microscopique, c'est pourquoi seule une lame mince peut nous aider à déterminer précisément le type et le lieu de dépôt et la stratification exacte des sédiments.
En résumé, on peut dire que l'observation des lames minces au microscope équivaut à un voyage dans le temps. La genèse de la roche, et donc sa composition minéralogique, varient fortement en fonction de son gisement. Les scientifiques se basent sur des lames minces pour découvrir les secrets des roches.
D'autres applications
Les roches ne sont pas les seules à pouvoir être étudiées plus en détail à partir de couches très minces. Des lames minces sont faites également avec des échantillons de sols cultivés ou forestiers et de bois. Ce sont donc surtout les géologues, les forestiers, les biologistes ou les archéologues qui font des lames minces.
Toutefois, les scientifiques ne sont pas les seuls à en avoir besoin. Des ingénieurs ou des restaurateurs utilisent également des échantillons en lames minces pour étudier en profondeur la nature des matériaux de construction ou à restaurer. Ces informations servent à améliorer les matières premières ou à déceler les dégâts les plus fins.
Dans la médiathèque, tu trouveras de belles images de lames minces de différentes roches!
Lors de la construction du tunnel de base du Saint-Gothard, 28 millions de tonnes de roches ont été extraites et ont dû être évacuées. Soit cinq fois le volume de la grande pyramide de Khéops en Égypte.