STABILISATION
Pourquoi la stabilisation est parfois nécessaire ?
La stabilisation des météorites est l’action qui consiste à rendre ces dernières insensibles aux conditions présentes sur terre. Au cours de leur voyage dans l’espace, les fragments de matière qui deviendront météorites une fois arrivés sur notre sol, rencontrent des conditions très particulières. Dans le vide intersidéral de notre système solaire, la température au voisinage de la terre est d’environ -80 degrés Celsius et il n’y a pas d’atmosphère, la définition du vide étant l’absence de toute matière. Il n’y donc ni eau, ni oxygène, ni éléments susceptibles d’interagir avec le fragment de matière en transit vers la terre. Dans ces conditions, la matière est restée intacte et non altérée depuis 4,5 milliards d’années ce qui correspond à l’âge de l’immense majorité des météorites retrouvées sur terre.
Après ces milliards d’années passés en toute tranquillité, la fin du voyage se fait par une transition brutale entre le vide protecteur de l’espace et les conditions sur la terre qui est une planète dotée d’une atmosphère gazeuse dense et d’eau liquide en surface. La vie s’y développe depuis presque 4 milliards d’années. La matière est en constante évolution suivant le rythme imposé par le cycle des saisons, le cycle de l’eau, le cycle de la vie, la tectonique des plaques, les éruptions volcaniques, le climat etc..
La météorite fraîchement arrivée sur terre se retrouve immédiatement dans un environnement hostile pour elle, avec de l’oxygène, de l’eau, des éléments organiques, des éléments chimiques etc. Les sols rencontrés à la surface de la terre sont très diversifiés, allant des glaces des pôles jusqu’aux sables des déserts les plus arides. Entre ces deux extrêmes qui offrent les meilleures conditions de conservation, les sols organiques présents sur la grande majorité de la surface terrestre émergée sont généralement très agressifs. Les météorites contiennent presque toutes du métal sensible à l’oxydation, un alliage fer/nickel en proportions variables de quelques % pour les chondrites LL jusqu’à 100 % pour les météorites de fer ou sidérites. En plus de l’oxygène et de l’eau, éléments principaux responsables de l’oxydation, d’autres éléments actifs sont présents dans les sols, notamment les ions chlorure qui entraînent parfois de violentes réactions chimiques.
Au cours d’un séjour dans un sol organique, les ions chlorure du sol migrent dans les fissures et les porosités de la météorite, se retrouvant parfois en quantités très importantes et à grande profondeur même dans les fissures les plus fines. Enfouie dans son nouveau milieu, la météorite se charge donc d’éléments chimiques dont elle était vierge, puis elle développe rapidement des oxydations qui créent une gangue protectrice agissant comme un bouclier qui ralentit ensuite sa dégradation. En l’absence d’oxygène et d’eau, les ions chlorures piégés en profondeur ne peuvent plus réagir avec le métal et un équilibre s’installe.
Lorsqu’une météorite enfouie dans le sol est retrouvée puis extraite de ce milieu, l’équilibre est rompu et le processus de dégradation se réactive. Plus la météorite est nettoyée en surface, et plus les zones à forte concentration de chlorures sont exposées, entraînant une réactivation parfois violente du processus de dégradation. Certaines météorites vont jusqu’à une destruction totale, ne laissant qu’un tas de rouille pulvérulente.
L’électrolyse, technique classique de stabilisation :
Après la découvertes des premiers fragments de la météorite de Saint-Aubin, j’ai été confronté au phénomène de dégradation qui s’est rapidement imposé comme un problème majeur dont la résolution allait devenir prioritaire pour la suite de l’aventure. La technique de stabilisation couramment utilisée à ce moment là dans le milieu météoritique international était celle de l’électrolyse. Sa simplicité de mise en œuvre et son faible coût sont les arguments qui attirent depuis longtemps l’immense majorité des amateurs et professionnels du milieu. Cependant, cette technique basique a deux inconvénients majeurs dont je voulais absolument m’affranchir.
-Premièrement, le principe de réduction par polarisation électrique associé au dégagement d’hydrogène en surface de l’échantillon traité dégradent systématiquement les oxydes de surfaces par l’association d’une action électro-chimique et d’une action mécanique. Les oxydes qui se sont développé à la surface des météorites de fer forment une couche que l’on appelle couramment patine naturelle. Après un traitement par électrolyse, les météorites de fer perdent cette patine naturelle tant appréciée des collectionneurs et qui donne toute leur valeur à certaines d’entre elles.
-Ensuite, le traitement par électrolyse trouve ses limites dans l’efficacité de la déchloruration. L’extraction des chlorures se fait sans problème, mais c’est la profondeur de pénétration de la solution électrolytique dans les fissures et porosités qui fixe la profondeur maximale d’extraction de ces derniers. A température ambiante, la solution électrolytique à base aqueuse a des caractéristiques physico-chimiques données telles que la viscosité et la tension de surface qui limitent sa profondeur de pénétration . Les ions chlorure pénètrent plus profondément que la solution électrolytique ne le peut, un taux plus ou moins important restant donc hors d’atteinte par celle ci.
Fluides subcritiques, technique innovante de stabilisation :
Depuis quelques décennies, une technique innovante mais assez lourde a été développée dans le domaine de la stabilisation des artefacts archéologiques, notamment ceux retrouvés sur les épaves sous-marines. Cette technique s’appelle la déchloruration par fluides subcritiques. Lorsque je l’ai découverte, cette méthode semblait très intéressante, mais rien n’avait été développé spécifiquement pour la stabilisation des météorites qui ont des compositions et caractéristiques physiques bien différentes des objets fabriqués par l’homme.
Plus je m’y intéressait, et plus le procédé me semblait prometteur, je prenais alors contact avec l’une des rares sociétés en France spécialisées dans la stabilisation par fluides subcritiques afin de sous traiter cette opération qui n’est pas à la portée des amateurs. Malheureusement, les installations de cette société se révéleront totalement inadaptées à mes besoins, leur capacité de traitement étant limitée à quelques kilos.
Déçu mais certain que cette technique était prometteuse pour la stabilisation des météorites, je décidais de me pencher plus sérieusement sur la fabrication de ma propre machine. Le cahier des charges était assez simple, il fallait créer un réacteur à fluides subcritiques capable de traiter un monstre, la plus grosse météorite de Saint-Aubin pesant 477kg brut.
C’était un nouveau challenge technique pour moi, mais j’avais des facilités pour envisager le développement de cette machine. A ce moment là, j’étais encore à mon compte en fabrication d’échappement inox sur-mesure et j’avais une bonne dizaine d’années d’expérience en soudure TIG dont quelques unes en industrie spécialisée dans la fabrication d’équipements civils et militaires. Le défi était plus excitant qu’effrayant, et en quelques mois, je concevais et fabriquais dans mon petit atelier, un réacteur à fluides subcritiques d’une capacité de 350 litres, entièrement autonome et capable de fonctionner en continu pendant des mois qui se transformeront finalement en années.
Après plus de cinq ans de développement des process de traitement en collaboration avec Marc, un ami chimiste à l’appui indéfectible, sous ses airs de prototype bricolé au fond d’un garage, cette machine probablement unique est devenue un formidable outil expérimental qui marque une rupture technologique dans le domaine de la stabilisation des météorites. Je tiens à remercier Marc sans qui ce niveau de résultat n’aurait jamais été obtenu.
Le principe des fluides subcritiques :
L’extraction des chlorures en conditions subcritiques se fait par le principe de diffusion des ions qui migrent d’un milieu plus concentré vers un milieu moins concentré pour tendre vers un équilibre. Ce principe fonctionne également à température ambiante et les bains de déchloruration standards sont parfois utilisés en alternative au procédé d’électrolyse, mais leur efficacité est moindre.
Toute la magie des fluides subcritiques réside dans l’évolution des caractéristiques de l’eau liquide à haute température. Constante diélectrique, viscosité et produit ionique de l’eau sont modifiés dans des proportions parfois très importantes, favorisant la mobilité des ions en solution. L’eau subcritique à des caractéristiques qui tendent à se rapprocher de celles d’un milieu gazeux. Dans ces conditions de haute pression/haute température, la profondeur de pénétration de la solution est grandement améliorée et la mobilité des ions est amplifiée de manière exponentielle, transformant un procédé peu efficace à température ambiante en procédé hyper efficace.
Le RFS-350 :
Le RFS-350 est donc un réacteur à fluides subcritiques d’une capacité de 350 litres. Sa température optimum de fonctionnement continu est de 150 degrés celsius, sous une pression de 6 bars, suffisante pour conserver la solution à l’état liquide, les pressions plus élevées n’ayant aucune influence sur l’efficacité du traitement. La machine fonctionne de manière autonome grâce à une régulation de température et de pression qui restent stables sur la durée.
-Le brassage du volume important de solution est assuré par un circulateur à entraînement magnétique permettant ainsi un fonctionnement sans risque de fuite. Les solutions chimiques à haute température sont très agressives pour les différents éléments de la machine.
-La cuve est en acier de 6mm d’épaisseur éprouvée à 22 bars, suffisant pour garder une bonne marge de sécurité et éviter l’explosion.
-Toutes les vannes et accessoires périphériques sont en inox, les joints sont en téflon et toutes les soudures sont réalisées grâce au procédé TIG. Le chapeau de cuve de 800mm de diamètre est bridé grâce à 27 boulons en acier qui encaissent ensemble une poussée verticale de 50 tonnes.
-Le contrôle visuel du coeur du réacteur lorsqu’il est en fonctionnement est possible grâce à un hublot en verre borosilicate épais capable de résister aux conditions de pression et température qui règnent dans l’enceinte pressurisée.
Traitements :
Grâce à cette machine hors du commun, la stabilisation des météorites est désormais rendue possible et offre des niveaux d’efficacité jamais atteints auparavant avec les techniques traditionnelles. Au delà des profondeurs et des taux d’extraction de chlorures exceptionnels, c’est aussi un résultat esthétique qui est obtenu et nous avons développé deux process principaux permettant d’obtenir deux résultats différents.
-Premier process, un traitement radical qui transforme systématiquement tous les oxydes de fer, en magnétite, phase hyper stable à la couleur noire caractéristique et ne pouvant plus évoluer. Ce traitement radical est parfaitement adapté aux météorites très dégradées par les chlorures ou quand son rendu esthétique est souhaité.
-Deuxième process, un traitement avec conservation de ce qu’on appelle, dans le milieu météoritique, la patine naturelle. Ce résultat totalement inédit et impossible à obtenir avec l’électrolyse traditionnelle est une véritable avancée technique qui s’adresse aux météorites instables mais dont la qualité des oxydes permet de ne pas les transformer en magnétite. C’est le haut de gamme de la stabilisation quand les conditions le permettent.
Prestations
Je propose ce traitement de stabilisation en fluides subcritiques aux musées publiques et privés ainsi qu’aux revendeurs professionnels et collectionneurs particuliers. Tous les dons effectués depuis 6 ans aux muséums d’histoire naturelle de France ont bénéficié de cette technique de stabilisation innovante et de plus en plus de musées et collectionneurs me font confiance. Devis et infos sur demande.
Why is stabilization sometimes necessary?
Stabilization of meteorites is the process of making them insensitive to conditions on Earth. During their journey through space, the fragments of matter that become meteorites once they reach our soil encounter very specific conditions. In the interstellar void of our solar system, the temperature near Earth is around -80 degrees Celsius, and there is no atmosphere - the definition of a vacuum being the absence of all matter. So there's no water, no oxygen, no elements likely to interact with the fragment of matter in transit to Earth. Under these conditions, the matter has remained intact and unaltered for 4.5 billion years, which corresponds to the age of the vast majority of meteorites found on Earth.
After billions of years spent in peace and quiet, the journey comes to an abrupt end, with the transition from the protective vacuum of space to conditions on Earth, a planet with a dense gaseous atmosphere and liquid water on its surface. Life has been developing here for almost 4 billion years. Matter is constantly evolving according to the rhythm imposed by the cycle of the seasons, the cycle of water, the cycle of life, plate tectonics, volcanic eruptions, climate and so on.
The meteorite, freshly arrived on earth, immediately finds itself in a hostile environment, with oxygen, water, organic elements, chemical elements and so on. The soils found on the earth's surface are highly diversified, ranging from the ice of the poles to the sands of the most arid deserts. Between these two extremes, which offer the best preservation conditions, the organic soils found on the vast majority of the earth's surface are generally very aggressive. Almost all meteorites contain metal sensitive to oxidation, an iron/nickel alloy in variable proportions ranging from a few % for LL chondrites to 100% for iron meteorites or siderites. In addition to oxygen and water, the main elements responsible for oxidation, other active elements are present in soils, notably chloride ions, which sometimes trigger violent chemical reactions.
During a stay in an organic soil, chloride ions from the soil migrate into the cracks and porosities of the meteorite, sometimes being found in very large quantities and at great depth even in the finest cracks. Buried in its new environment, the meteorite is thus loaded with chemical elements from which it was previously devoid, then rapidly develops oxidations that create a protective gangue acting like a shield which then slows down its degradation. In the absence of oxygen and water, the chloride ions trapped at depth can no longer react with the metal, and an equilibrium is established.
When a meteorite buried in the ground is found and extracted from this environment, the equilibrium is broken and the degradation process is reactivated. The more the meteorite is cleaned from the surface, the more areas with high chloride concentrations are exposed, leading to a sometimes violent reactivation of the degradation process. Some meteorites are completely destroyed, leaving only a pile of powdery rust.
Electrolysis, the classic stabilization technique:
After the discovery of the first fragments of the Saint-Aubin meteorite, I was confronted with the phenomenon of degradation, which quickly became a major problem to be solved as a priority for the rest of the adventure. At the time, the stabilization technique most commonly used in the international meteorite community was electrolysis. Its ease of use and low cost have long attracted the vast majority of amateurs and professionals in the field. However, this basic technique has two major drawbacks that I was determined to overcome.
-Firstly, the principle of reduction by electrical polarization, combined with the release of hydrogen on the surface of the treated sample, systematically degrades surface oxides through a combination of electro-chemical and mechanical action. The oxides that have developed on the surface of iron meteorites form a layer commonly referred to as natural patina. After electrolytic treatment, iron meteorites lose the natural patina so appreciated by collectors and which makes some of them so valuable.
-Secondly, electrolytic treatment has its limits in terms of dechlorination efficiency. Chlorides are easily extracted, but it is the depth of penetration of the electrolytic solution into the cracks and porosities that determines the maximum depth of extraction. At room temperature, the water-based electrolyte solution has specific physico-chemical characteristics, such as viscosity and surface tension, which limit its penetration depth. Chloride ions penetrate deeper than the electrolyte solution can, leaving a greater or lesser proportion beyond the reach of the solution.
Subcritical fluids, an innovative stabilization technique:
Over the last few decades, an innovative but rather cumbersome technique has been developed for stabilizing archaeological artifacts, particularly those found on underwater wrecks. This technique is called dechlorination using subcritical fluids. When I first came across it, it seemed a very interesting method, but nothing had been developed specifically for stabilizing meteorites, which have very different compositions and physical characteristics to man-made objects.
The more I looked into it, the more promising the process seemed, so I contacted one of the few companies in France specializing in stabilization using subcritical fluids, with a view to subcontracting this operation, which is out of the reach of amateurs. Unfortunately, the company's facilities proved totally unsuited to my needs, as their processing capacity was limited to a few kilos.
Disappointed, but certain that this technique held great promise for meteorite stabilization, I decided to take a more serious look at building my own machine. The specifications were quite simple: I had to create a subcritical fluid reactor capable of treating a monster, the largest meteorite in Saint-Aubin, weighing in at 477kg gross.
It was a new technical challenge for me, but I was in a good position to consider the development of this machine. At the time, I was still self-employed in the manufacture of custom stainless steel exhausts, and I had a good ten years' experience in TIG welding, including some in industry specializing in the manufacture of civil and military equipment. The challenge was more exciting than frightening, and within a few months I was designing and building in my small workshop a subcritical fluid reactor with a capacity of 350 liters, fully autonomous and capable of running continuously for months that would eventually turn into years.
After more than five years of developing treatment processes in collaboration with Marc, a chemist friend whose support was unwavering, this probably unique machine has become a formidable experimental tool, marking a technological breakthrough in the field of meteorite stabilization. I'd like to thank Marc, without whom this level of achievement would never have been possible.
The principle of subcritical fluids:
Chloride extraction under subcritical conditions is based on the principle of ion diffusion, as ions migrate from a more concentrated medium to a less concentrated one, tending towards equilibrium. This principle also works at room temperature, and standard dechlorination baths are sometimes used as an alternative to the electrolysis process, but their efficiency is lower.
The magic of subcritical fluids lies in the evolution of liquid water's characteristics at high temperature. Water's dielectric constant, viscosity and ionic product are altered, sometimes to very large proportions, promoting the mobility of ions in solution. The characteristics of subcritical water tend to resemble those of a gaseous medium. Under these high-pressure/high-temperature conditions, solution penetration depth is greatly enhanced and ion mobility is increased exponentially, transforming a process that is not very efficient at room temperature into a hyper-efficient one.
The RFS-350:
The RFS-350 is a subcritical fluid reactor with a capacity of 350 liters. Its optimum continuous operating temperature is 150 degrees Celsius, under a pressure of 6 bars, sufficient to keep the solution in a liquid state, with higher pressures having no influence on treatment efficiency. The machine operates autonomously, with temperature and pressure controls that remain stable over time.
The large volume of solution is circulated by a magnetic drive circulator, ensuring leak-free operation. High-temperature chemical solutions are highly aggressive to the machine's various components.
The tank is made of 6mm-thick steel, tested to 22 bar, sufficient to maintain a good safety margin and avoid explosion.
-All valves and peripheral fittings are in stainless steel, the seals are in Teflon, and all welds are TIG. The 800mm-diameter vessel head is clamped by 27 steel bolts, which together can withstand a vertical thrust of 50 tonnes.
-Visual inspection of the reactor core during operation is possible thanks to a thick borosilicate glass porthole capable of withstanding the pressure and temperature conditions prevailing in the pressurized vessel.
Treatments :
Thanks to this extraordinary machine, meteorite stabilization is now possible and offers levels of efficiency never before achieved with traditional techniques. In addition to exceptional depths and chloride extraction rates, the result is also aesthetically pleasing, and we have developed two main processes to achieve two different results.
The first is a radical treatment that systematically transforms all iron oxides into magnetite, a hyper-stable phase with a characteristic black color that cannot change. This radical treatment is perfectly suited to meteorites highly degraded by chlorides, or when its aesthetic appearance is desired.
-The second process involves preserving what is known in meteorite circles as the natural patina. This totally unprecedented result, impossible to obtain with traditional electrolysis, is a real technical breakthrough for unstable meteorites whose oxide quality prevents them from turning to magnetite. This is top-of-the-range stabilization when conditions permit.
Services
I offer this subcritical fluid stabilization treatment to public and private museums, as well as to professional dealers and private collectors. All donations made over the past 6 years to natural history museums in France have benefited from this innovative stabilization technique, and more and more museums and collectors are placing their trust in me. Quotes and information on request.