Deux exemples d’utilisation du MEB : l’expertise de la dégradation d’une graisse  et l’identification de produits inconnus

Fig. 1. Le MEB de l’AEF

Le Microscope Electronique à Balayage (MEB) couplé à la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie (SDXE) apporte des informations cruciales lors d’une expertise physico-chimique ! Il permet notamment de visualiser des objets en relief et d’estimer leur composition chimique élémentaire.

Le principe repose sur le bombardement d’un échantillon par des électrons. L’interaction entre ces électrons et l’échantillon provoque alors la formation d’électrons secondaires de plus faible énergie ainsi qu’un rayonnement X, détecté par un semi-conducteur Si(Li). Le signal est alors amplifié et permet l’obtention d’un spectre de rayons X.

Deux exemples d’utilisation du MEB

• Analyse de la dégradation des graisses

La lubrification des organes de roulement (boites d’essieu) se fait à l’aide de graisse. La graisse est constituée d’huile (rôle de lubrifiant) et d’épaississant (rôle de stockage). De nombreux outils permettent d’évaluer les propriétés des graisses et leurs dégradations. L’avantage du MEB, c’est qu’il permet la visualisation de celles-ci.

On s’intéresse ici à l’épaississant, obtenu après élimination de l’huile, d’une graisse neuve et de graisses dégradées mécaniquement par cisaillement et chimiquement par oxydation (Fig. 2).

• Graisse neuve (Fig. 2a)  graisse semi-solide, épaississant aux longues fibres torsadées
• Graisse cisaillée (Fig. 2b)  graisse liquide, épaississant aux fibres plus courtes, non torsadées
• Graisse oxydée (Fig. 2c)  graisse liquide, épaississant aux longues fibres molles et non torsadées

Fig. 2. Clichés de MEB des graisses: a) neuve, b) barattée et c) oxydée

Le MEB permet de comprendre le mécanisme de dégradation de l’épaississant : l’action mécanique entraîne une cassure des fibres de l’épaississant alors que l’action chimique conduit à une perte de son aspect torsadé.

Ces fibres plus courtes ou molles ne permettent alors plus de stocker l’huile et expliquent l’état liquide de la graisse. En service, une telle graisse risque de s’échapper des roulements et de ne plus assurer son rôle de lubrification.

• Analyse d’échantillons inconnus à l’origine de patinages/enrayages

Un dépôt de composition inconnue, suspecté être à l’origine du patinage/enrayage d’un train, a été prélevé sur les rails. Du fait de l’aspect de l’échantillon, une première hypothèse était que le dépôt était constitué de graisse.

Des analyses au MEB du dépôt et de la graisse neuve (Fig.3) ont cependant permis d’écarter cette hypothèse. Les morphologies des deux échantillons sont en effet très différentes : le dépôt est amorphe (gauche) et ne présente aucune fibre torsadée semblables à celles de la graisse (droite).

Fig. 3. Clichés MEB du dépôt (gauche) et de la graisse neuve (droite)

Des analyses avec la sonde de rayons X ont ensuite permis de déterminer la composition chimique du dépôt. Le spectre du dépôt (spectre jaune orangé) a été comparé à celui d’une feuille de chêne (spectre vert) trouvée non loin des rails (Fig. 4).

Le dépôt présente les mêmes pics que ceux de la feuille de chêne avec en plus des pics de fer d’intensité très élevée.

Ces analyses ont donc permis de conclure que le dépôt prélevé sur les rails était constitué de feuille d’arbre et de particules métalliques issues de l’usure ferroviaire.

Fig. 4. Spectres SXDE du dépôt (jaune orangé) et d’une feuille de chêne (vert)