Raimond Castaing

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Raimond Castaing

Raimond Castaing est un physicien français, né le 28 décembre 1921 à Monaco et décédé le 10 avril 1998. Il est l'inventeur d'une technique analytique qui porte son nom, la sonde de Castaing, dont le principe consiste à bombarder un échantillon avec des électrons, et à analyser le spectre des rayons X émis par l'échantillon sous cette sollicitation.

Biographie succincte

Après des études à Monaco, Condom et Toulouse, il entre à l'École normale supérieure en 1940 et suit les cours de physique de Aimé Cotton, Eugène Darmois, François Croze et Jean Cabannes à la faculté des sciences de l'université de Paris, et ceux de Frédéric Joliot-Curie au Collège de France. Réfractaire au Service du travail obligatoire en 1943 et 1944, il reprend ses études à la Libération, suivant les conférences de préparation au concours de l'agrégation de physique données à l'Ecole normale supérieure par Alfred Kastler et en étant lauréat en 1946.

Il entre en 1947 à l'Office national d'études et de recherches aérospatiales et prépare sous la direction d'André Guinier une thèse pour le doctorat ès sciences physiques qu'il présentera en 1951 devant la faculté des sciences de l'université de Paris. Pour la première fois au monde, ses travaux permettront d’analyser la matière pour en connaître la composition à l’échelle du micromètre. L'idée directrice est de bombarder un échantillon avec un faisceau d'électrons et d'analyser la longueur d'onde des rayons X résultant de l'interaction électrons-matière. La technique est devenue mondialement connue sous le nom de « microsonde de Castaing » ou « microanalyse X », ou, en anglais, « EPMA » (electron probe micro-analysis).

À la fin des années 1950 et au début des années 1960, Castaing participe également au développement d'une autre technique connue sous le nom de spectrométrie de masse à ionisation secondaire dont l'acronyme anglais est SIMS. Il est lauréat du prix Holweck en 1966.

Maître de conférences de physique à la faculté des sciences de l'université de Toulouse en 1952, puis à l'université de Paris en 1956, suite au remplacement de Jean Cabannes par René Lucas à la chaire de recherches physiques, puis professeur titulaire de physique générale à la Faculté des sciences d'Orsay en 1959, Raimond Castaing participe à la création de la faculté des sciences d'Orsay et de son laboratoire de physique des solides. Membre de l’Académie des sciences à partir de 1977, il est président du groupe de travail sur la gestion des combustibles irradiés puis du groupe de travail sur les recherches et développements en matière de gestion des déchets radioactifs (1984).

On lui a également confié des responsabilités à l'ONERA, de 1968 à 1973 : directeur scientifique, puis directeur général. En 1975, il reçoit la médaille d'or du CNRS. Élu à l'Académie des sciences (France) en 1977, puis au Conseil de la sécurité nucléaire en 1982, il est également membre du Comité pour l'énergie atomique en 1987, administrateur civil du CNRS de 1983 à 1989, membre du conseil d'administration de la société sidérurgique Usinor, de 1984 à 1987.

En 1996, il est chargé par le gouvernement de présider la commission scientifique d’experts indépendants chargée d’évaluer les capacités du réacteur nucléaire Superphénix.

Raimond Castaing décède le 10 avril 1998, après une longue maladie.

L'aventure de la Microsonde de Castaing

Prototype de la microsonde de Castaing fabriquée pour l'ONERA et dupliquée par la société Cameca sous le nom de MS85

Quand Raimond Castaing entre à l'ONERA en janvier 1947, comme ingénieur de recherches, il a comme objectif de préparer une thèse sous la direction du professeur André Guinier. L'ONERA est un institut de recherche publique français pour l'aéronautique. À l'ONERA, Castaing a la chance de pouvoir utiliser deux microcopes électroniques, ce qui était un luxe pour l'époque, un RCA et un CSF.

Guinier demande à Castaing s'il ne serait pas possible d'analyser un alliage en le bombardant avec une sonde électronique focalisée et en détectant les rayons X caractéristiques selon la loi de Moseley. Castaing est d'abord sceptique, car il pense que si l'idée est réalisable, d'autres ont dû le faire avant lui, mais il se lance finalement à corps perdu dans le projet. Il cannibalise le microscope CSF à lentilles électrostatiques pour produire une sonde électronique de quelques nanoampères dans un diamètre d'un micromètre, ce qui n'était pas trivial à cette époque. La présentation de cette sonde électronique a eu lieu en 1949 à Stockholm.

Guinier procure alors à Castaing l'un de ses précieux cristaux, spécialement taillé et mis en forme, de type « Johanson » pour constituer un petit spectromètre qui s'adapte à la colonne électronique. Dès 1949, il obtient ses premières mesures de photons X qu'il peut présenter à Delft, en 1949, au cours de la première Conférence européenne de microscopie électronique.

En 1951, Castaing présente sa thèse Application des sondes électroniques à une méthode d'analyse ponctuelle, chimique et cristallographique. Cette thèse recouvre aussi bien des aspects instrumentaux comme les aberrations de lentille, l'optimisation de la sonde électronique, que des aspects plus fondamentaux, comme la modélisation de l'émission X, le calcul des corrections , quelques applications à la métallurgie et même de la cristallographie (les diagrammes de Kossel).

Ce qui a donné de la force à sa méthode est la démonstration faite dans la thèse que l'on peut mesurer la concentration d'un élément chimique en étalonnant simplement l'appareil avec un échantillon massif du même élément, contrairement aux autres méthodes qui nécessitaient des courbes de calibration. Encore fallait-il une compréhension des phénomènes physiques mis en jeu par la diffusion des électrons dans l'échantillon, l'émission et l'absorption des X dans ce même échantillon.

Les années suivantes, l'ONERA développe un instrument scientifique à partir du montage expérimental qui avait servi à la thèse. Deux prototypes identiques, le premier pour les besoins de l'ONERA et le deuxième pour l'IRSID, un institut français de recherches pour la métallurgie que Gunier convainc de financer le projet. À la même époque, la société Cameca construit une troisième réplique, disponible en 1958.

La microsonde de Castaing a ensuite été produite à des centaines d'exemplaires et est un outil de première importance dans tous les laboratoires d'analyse dans les domaines de la metallurgie et des sciences de la terre.

Publications

Raimond Castaing est l'auteur de plus d'une centaine de publications parmi lesquelles:

• Castaing R (1951), Application des sondes électroniques à une méthode d’analyse ponctuelle chimique et cristallographique. Thèse de doctorat d'état, Université de Paris, 1952, Publication ONERA N. 55
• Castaing R , The early vicissitudes of electron probe x-ray microanalysis. IOP Bull (London), pp 93–96 (1966)
• Castaing R, Descamps J Sur les bases physiques de l’analyse ponctuelle par spectrographie X. J Phys (Paris) 16:304–310 (1955)
• Castaing R, Philibert J, Crussard C Electron probe microanalysis and its applications to ferrous metallurgy. J Metals 9:389– 394 (1957)
• Castaing R, Deschamps P, Philibert J (eds) (1966) Optique des rayons-X et microanalyse. In: 4th International Conference on X-Ray Optics and Microanalysis. Paris: Hermann Publ.

Sources de l'article

• Klaus Keil, Presentation of the Roebling Medal of the Mineralogical Society of America for 1977 to Raimond Castaing
• Jean Philibert, The time of pioneers, Microscopy and Microanalysis journal, 7, 94-99, 2001

Articles connexes

• Microsonde de Castaing

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